Земля Санникова — мифический теплый остров в Ледовитом океане, об обнаружении которого ещё в 1810 году писал купец и исследователь Яков Санников. Позже на поиски острова отправлялись исследователь Эдуард Толль и Фритьоф Нансен, но никаких следов загадочной земли обнаружено не было.

Поисками заинтересовался учёный-палеонтолог Владимир Обручев — по его просьбе таинственный остров пытались обнаружить ледокол «Садко» и арктическая авиация, но после очередной неудачи было решено, что острова не существует. Владимир Обручев написал научно-фантастический роман «Земля Санникова», в котором экспедиция всё-таки нашла теплый обитаемый остров посреди арктических льдов…

Роман прочитал начинающий режиссёр Леонид Попов и загорелся идеей снять фильм по его мотивам. На киностудии «Мосфильм» тоже об этом думали, поэтому режиссёра приняли с радостью. Вторым режиссёром назначили дебютанта Альберта Мкртчяна. Они взяли сценарий, который уже давно лежал на студии, и отнесли его Марку Захарову с просьбой переписать историю. Режиссёры не хотели браться за описанных мамонтов, единорогов и прочих невиданных зверей — создавать их было трудно и дорого… Захаров роман не читал, но выслушал режиссёров и создал новый сюжет. От первоисточника осталась только главная идея — поиски легендарной Земли Санникова, а научно-фантастический роман превратился в приключенческий фильм.

Марк Захаров активно принимал участие в съёмочном процессе. Он настаивал, чтобы главные роли сыграли Армен Джигарханян, Евгений Леонов, Игорь Ледогоров и Владимир Высоцкий, но интерес к фильму проявил только Высоцкий, которого утвердили на роль Крестовского. Главная роль предлагалась Муслиму Магомаеву, но певец воспринял предложение как желание использовать его популярность и отказался. В результате на роль Ильина был утверждён Владислав Дворжецкий. В актёрский состав так же вошли Георгий Вицин, Сергей Шакуров и Николай Гриценко…

В крошечном эпизоде в массовке снялся студент Борис Грызлов — будущий видный политик, министр внутренних дел и председатель Госдумы. Он сыграл одного из посетителей кафе, где встречались главные герои.

Когда список актёров передали руководству «Мосфильма» — начались проблемы. Директор киностудии сказал, что ни Высоцкого, ни его песен в фильме быть не должно! Высоцкого заменили Олегом Далем, который сниматься у малоизвестных режиссёров не хотел, но на съёмки всё-таки поехал…

Работать с Далем было тяжело — он сильно пил и часто скандалил на съёмочной площадке. Однажды он назвал режиссёров дилетантами, которые не умеют снимать кино, и его активно поддержали Сергей Шакуров и Владислав Дворжецкий. Среди актёров произошёл раскол, и часть просто отказалась выходить на съёмочную площадку. Скандал дошёл до того, что актёры дали на «Мосфильм» телеграмму с требованием заменить режиссёров.

Актёрский состав вызвали в Москву и сообщили, что режиссёров менять не будут, но обещают с ними поговорить. Дворжецкий, Даль и Вицин пошли на компромисс, а Шакуров счёл их предателями и написал заявление об отстранении от съёмок. Его заменили на Юрия Назарова, но уже отснятые кадры менять не стали и в некоторых сценах у беглого каторжанина Губина лицо Сергея Шакурова… Взаимопонимания на съёмочной площадке больше не стало, но все старались сдерживать эмоции и все вопросы решать через «Мосфильм». Роль Олега Даля режиссёры значительно сократили, чтобы поменьше встречаться с ним на площадке.

На роль онкилонов пригласили профессиональных танцоров из национальных танцевальных коллективов. Режиссёры хотели подчеркнуть колорит необычного племени неславянской внешностью, а усилили эффект темной кожей и светлыми париками. В роли шамана снялся знаменитый танцор Махмуд Эсамбаев, который и ставил «онкилонам» всю хореографию. Ему очень нравился образ и он любил в костюме шамана прогуляться по магазинам и посидеть в кафе, вызывая ажиотаж у прохожих.

Песни для фильма записал Олег Даль, но на сдаче картины директор «Мосфильма» потребовал переозвучить актёра — на запись он пришел в нетрезвом состоянии и в некоторых местах заметно не попадал в такт. Для новой записи пригласили Олега Анофриева, который сказал, что сначала спросит разрешения у Даля. Актёр сказал: «Записывайся!» — и зрители услышали уже голос Анофриева.

Музыку к самой известной песне «Есть только миг…» написал Александр Зацепин, но не специально к фильму, а к оперетте «Золотые ключи» про будни колхоза. Мелодия режиссёрам очень понравилась, а новый текст написал Леонид Дербенёв. После выхода фильма душевная песня вызвала дебаты в прессе — считалось, что она о слабых эгоистичных людях и прививает неправильные представления о жизни.

Землёй Санникова стала Долина Гейзеров на Камчатке — там снимали основные пейзажи таинственного острова. Часть натурных съёмок проходила на Финском заливе, в парке Монрепо и Выборге. Несколько сцен было снято в Крыму, Кабардино-Балкарии и в павильонах «Ленфильма».