Autorem scenariusza do filmu Wajdy miał być Włodzimierz Odojewski. Scenariusz powstał, jednak okazało się, że pisarz i reżyser mieli inne wizje filmu i ostatecznie ich drogi rozeszły się.
W scenie, kiedy Tadeusz stara się dostać na studia, w gabinecie na ścianie wisi portret Bieruta. Ale już w następnym ujęciu widzimy na ścianie polskie godło.
W końcowej scenie filmu Andrzej opisuje wydarzenia na ostatnich stronach swego kalendarza. Kiedy jego żona przegląda później jego zapiski w kalendarzu - notatki kończą się na 8 kwietnia.
W scenie, gdy generałowa Róża stoi obok słupa ogłoszeniowego, za jej plecami można dostrzec fragment logo sieci McDonald's.
Umawiając się z Ewą do kina, Tadeusz pyta jej, czy nie widziała "Śpiącej królewny" Disneya, mimo że ten film powstał dopiero w 1959 r. Najprawdopodobniej chłopakowi chodziło o film pt. "Królewna Śnieżka i siedmiu krasnoludków" z 1937 r.
W gabinecie pani dyrektor Tadeusz zostaje zapytany, co wpisał do życiorysu odnośnie śmierci swego ojca, na co chłopak odpowiada, że "Sowieci go zamordowali w Katyniu w '40 roku". Dyrektorka wymienia spojrzenia ze swoim asystentem, po czym wkłada papieros do ust. W następnym ujęciu kobieta nie ma nic w ustach, a po chwili ponownie umieszcza w nich niezapalonego papierosa i zaczyna palić.
Zdjęcia do filmu realizowano w Wyszkowie, Poświętnem, Kasinie Wielkiej, Warszawie, Zielonce, Krakowie, okolicach Jarosławia, Starym Dzikowie, Konstancinie-Jeziornie oraz Górze Kalwarii (Polska).
Scenę ukazującą początki wojsk radzieckich na wschodzie Polski kręcono w miejscowości Jarosław (Polska). W scenie brało udział ok. 50 statystów.
Twórcom filmu zależało na jak najwierniejszym i najwiarygodniejszym odtworzeniu realiów Krakowa z lat wojennych. Podstawą prac scenografów były zdjęcia ze zbiorów
Krakowskiego Towarzystwa Fotograficznego i Muzeum Historii Fotografii.
Krakowskie Towarzystwo Fotograficzne udostępniło twórcom filmu nie tylko archiwalne fotografie Krakowa, ale także listy zamordowanych oficerów publikowane m.in. w "Gońcu Krakowskim", "Krakauer Zeitung" oraz zdjęcia katyńskie.
W Starym Dzikowie, gdzie zrealizowano sceny w zabytkowej cerkwi, zaadaptowanej na sowieckie więzienie zbudowano 500 prycz więziennych starając się wiernie odtworzyć obóz w Kozielsku.
W czasie kręcenia filmu (scena mordu) Paweł Małaszyński na prośbę Andrzeja Wajdy został zakopany żywcem.
Komitet Selekcyjny wybrał "Katyń" Andrzeja Wajdy na polskiego kandydata do Nagrody Amerykańskiej Akademii Filmowej w kategorii Najlepszy Film Nieanglojęzyczny.
Andrzej Wajda zadedykował "Katyń" swoim rodzicom, w tym ojcu, który jako oficer kawalerii został zamordowany w 1940 roku w Katyniu.
"Katyń" jest pierwszym filmem europejskim w całości postprodukowanym w technologii 4K. Do tej pory zaledwie kilkanaście filmów powstało w tej technologii, między innymi "Kod da Vinci", "Czarna Dalia", "Spider-Man 2" czy "Ocean's Twelve: Dogrywka".
Cały film zajął 24 terabajty, co oznacza około miliona plików. Jedna tylko klatka w technice 4K ma 48 megabajtów. W takiej sytuacji niezbędny był system zarządzania plikami i ich kontrola na każdym etapie pracy.
Plakat zrywany przez bratanka Anny jest autorstwa Włodzimierza Zakrzewskiego i nosi tytuł "Olbrzym i zapluty karzeł reakcji". Wydrukowano go w Łodzi w 1945 roku.
Film "Katyń" jest dostępny także dla osób niewidomych. Płyta DVD z filmem posiada audiodeskrypcję dla niewidomych oraz napisy dla niesłyszących. To pierwszy taki projekt w Polsce.
W październiku 2007 roku minister obrony Aleksander Szczygło wydał rozkaz, by każdy żołnierz Wojska Polskiego obowiązkowo obejrzał film "Katyń".
Okres zdjęciowy trwał od 3 października 2006 roku do 8 stycznia 2007 roku.
Koszt produkcji wyniósł ok. 16 milionów złotych. "Katyń" zajmuje siódme miejsce na liście najdroższych polskich filmów wyprodukowanych po roku 1989.
Postać Anny (granej przez Maję Ostaszewską) inspirowana jest losami matki producenta filmu, Michała Kwiecińskiego. Dotarła ona do sowieckiego obozu i bezskutecznie próbowała namówić męża do ucieczki. Oficer pozostał w obozie, by nie splamić honoru i zginął.
Pod koniec filmu Rotmistrz Andrzej (Andrzej Żmijewski) zapisuje swoje ostatnie, jak się wkrótce okaże, wspomnienia w kalendarzu kieszonkowym. Tekst, jaki słyszymy, został oparty na pamiętnikach majora Adama Solskiego, który zginął w Katyniu 9 kwietnia 1940.