Исходным литературным материалом для сценария послужила пьеса Григория Горина «Самый правдивый», которая с успехом шла в театре Советской Армии (Мюнхгаузен — Владимир Зельдин). Марку Захарову понравился спектакль и он решил перенести его на телевизионный экран. В ходе работы над сценарием пьеса была серьёзно переработана и сильно изменилась по сравнению с театральным вариантом. Музыка Алексея Рыбникова также изначально была написана для спектакля.

Олег Янковский, только что снявшийся в роли Волшебника в фильме «Обыкновенное чудо», по мнению режиссёра, вполне подходил на роль Мюнхгаузена. Однако Марку Захарову пришлось довольно долго убеждать худсовет киностудии. Амплуа Янковского до этого, как считалось, более соответствовали героические роли. Кроме того, сложившийся по книге и спектаклю образ барона соответствовал немолодому человеку, имеющему взрослого сына. Янковскому же на момент начала съёмок исполнилось только 35 лет. В итоге, режиссёру удалось отстоять свою точку зрения.

    Я благодарен Марку Захарову за то, что он, поверив в меня, разглядел во мне ту нетипичную комедийность, способность передать грустную иронию персонажа, которой сам я, откровенно говоря, в себе не подозревал. Захаров предпочел взять известного зрителям актёра и использовать его в ином амплуа, в ином жанровом качестве. И для меня это стало действительно подарком судьбы.
    — Олег Янковский

Костяк актёрского ансамбля составила труппа театра Ленком. Леонид Броневой был принят на роль без проб. На роль Феофила первоначально пробовался актёр театра Сатиры Юрий Васильев, но утверждён был Леонид Ярмольник. Некоторые сложности возникли с ролью Марты. Первоначально на роль пробовались Татьяна Догилева, Ирина Мазуркевич и другие актрисы. После долгих поисков создателей картины устроила кандидатура Елены Кореневой.

Фильм снимали в Германии, в социалистической её части — ГДР. Реальный Мюнхгаузен жил под Ганновером в городе Боденвердер, располагавшемся на территории капиталистической ФРГ. Организовать съёмки на территории дружественной социалистической ГДР было намного проще, поэтому съёмочной площадкой стали улицы города Вернигероде, имевшего «аутентичный» вид и практически не пострадавшего во время войны.

В массовке и эпизодах принимали участие немецкие актёры и горожане. В частности, в самой первой сцене кроме Янковского и Катин-Ярцева остальные охотники были немцы. Это заметно в том числе по немецкой артикуляции, не совпадающей с русским дубляжом.

Олег Янковский невольно изменил суть текста, произносимого его героем. В первоначальном сценарии знаменитая фраза барона Мюнхгаузена звучала так: Серьезное лицо ещё не признак ума, все глупости на земле делаются именно с таким выражением лица. Но при озвучивании фильма Янковский оговорился, сказав: Умное лицо ещё не признак ума. В таком виде фраза, несмотря на протесты Григория Горина, и осталась в фильме.

В отличие от других работ Захарова, фильм относительно легко прошёл цензурные барьеры. Вырезана была всего одна сцена — где охотники изучают труды барона Мюнхгаузена.

Наташа, угадала. Во время фильма и делала. Очень люблю этот фильм, игра актеров великолепна. Считаю эту роль Янковского самой лучшей.