Le tournage du film a duré 28 jours, soit la même durée que l'histoire.
Maggie Gyllenhaal (Elizabeth) a d'abord refusé le rôle dans le film, mais le réalisateur Richard Kelly a fini par la convaincre.
Sur le bureau du professeur Monnitoff (Noah Wyle), on peut voir le livre de l'astrophysicien Stephen Hawking "Une brève histoire du temps", publié la même année que le film. Le livre explique que le voyage dans le temps est réalisable.
Jake Gyllenhaal (Donnie Darko) et Maggie Gyllenhaal (Elizabeth Darko) sont également frères et sœurs dans la vraie vie.
Le film marque les débuts d'acteur de Seth Rogen.
En 2006, le magazine britannique Empire a classé le film à la deuxième place de sa liste des 50 meilleurs films indépendants de tous les temps.
Jason Schwartzman a été envisagé pour le rôle de Donnie, mais a dû abandonner en raison d'un conflit d'emploi du temps. Le rôle est finalement revenu à Jake Gyllenhaal.
À la fin du film, la mère de Donnie (Mary McDonnell) embarque sur le vol numéro 2806, à la porte 42, qui décolle à midi. C'est une référence au compte à rebours que Frank (James Duval) a donné à Donnie (Jake Gyllenhaal) : 28 jours, 6 heures, 42 minutes et 12 secondes.
Dans le cinéma où Donnie (Jake Gyllenhaal) se rend avec Gretchen (Jena Malone), on projette La Dernière Tentation du Christ (1988) de Martin Scorsese.
Rose Darko (Mary McDonnell) lit le livre "Ça" de Stephen King. Dans le livre, les enfants d'une petite ville sont terrorisés par un clown. À la fin du film, le passager de la voiture de Frank (James Duval) est vêtu d'un costume de clown.
À l'origine, on pensait que l'acteur Tim Robbins jouerait le rôle du père de Donnie.
Le réalisateur Richard Kelly a également envisagé Vince Vaughn et Mark Wahlberg pour interpréter Donnie (Jake Gyllenhaal).
Le réalisateur Richard Kelly a admis que le film avait connu d'importants problèmes de distribution car les sociétés de distribution ne savaient pas comment attirer les spectateurs potentiels.
En raison des attentats terroristes du 11 septembre 2001 (un mois et demi avant la sortie du film), le matériel promotionnel a été retiré, car les affiches montraient un avion en train de tomber, ce qui a provoqué l'échec du film en salles par manque de publicité. Le film n'a conquis les spectateurs que lors de sa sortie en DVD, devenant alors un succès et un film culte.
Lors d'une visite chez la psychiatre, Donnie Darko (Jake Gyllenhaal) mentionne l'actrice Christina Applegate, connue principalement pour la série comique "Mariés, deux enfants" (1987).
L'actrice Neve Campbell a auditionné pour le rôle de Gretchen (Jena Malone).
Frank (James Duval) dit à Donnie (Jake Gyllenhaal) que le monde finira dans 28 jours, 6 heures, 42 minutes et 12 secondes, ce qui donne un total de 88. Lorsque Samantha (Daveigh Chase) demande à Donnie quand elle pourra avoir des enfants, il lui répond seulement à partir de la classe de 4ème (eighth grade). Donnie dit à sa psychiatre que son chien est mort quand il avait 8 ans. Selon le présentateur de télévision, la maison de Jim Cunningham (Patrick Swayze) s'est éteinte peu après huit heures. Le point culminant du film se déroule une semaine avant l'élection présidentielle de 1988. George Bush a été élu le 8 novembre 1988.
Dans la scène où Donnie (Jake Gyllenhaal) prend les clés de la voiture, on peut voir en arrière-plan une photo d'Halloween de lui et de sa sœur Elizabeth (Maggie Gyllenhaal). Donnie est déguisé en lapin.
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