Pour donner à son personnage un maximum d'authenticité, Tommy Lee Jones approfondit sa connaissance du Vieil Ouest et fréquenta pendant plusieurs mois des Apaches afin de se familiariser avec leur culture. Il apprit également à parler le Chiricahua, un dialecte du langage apache.
Comme Jay Tavare et Simon Baker, Tommy Lee Jones s'entraîna par ailleurs à charger et manipuler des fusils et pistolets du XIXe siècle, à tirer à l'arc et à monter à cheval.
Pour préparer son personnage, Cate Blanchett s'est documentée sur les femmes de l'époque. Elle explique : "Leur expérience quotidienne de pionnières, leur lutte contre la nature sauvage pour survivre, leur a donné une sagesse. A travers ce que j'ai appris, j'ai été impressionnée par leur résistance et l'impact de leurs conditions d'existence sur leur féminité."
Jenna Boyd s'est préparée à son rôle en lisant les livres que Ron Howard lui avait donnés sur les enfants de l'époque des pionniers.
Afin de prendre l'allure menaçante de son personnage, Pesh-Chidin, Eric Schweig a dû porter une perruque, un ensemble de prothèses pour déformer son visage ainsi que des fausses dents.
Jay Tavare, qui incarne Kayitah, avait d'abord auditionné pour le rôle de Pesh-Chidin. Ron Howard explique : "Je suis sûr qu'il aurait fait un magnifique méchant, mais il a en lui une sorte de vibration positive qui m'a semblé parfaite pour Kayitah".
Le tournage eut lieu au Nouveau-Mexique dans des conditions difficiles liées à une météo versatile et à d'extrêmes variations de température. Durant les deux semaines de tournage dans la Valles Caldera, où se trouve le ranch de Maggie, l'équipe a notamment essuyé des tempêtes de glace et de neige, et pendant les prises de vue à Zia Pueblo, des vents de sable et de poussière de 65 km/h se sont brusquement levés, aveuglant toute l'équipe.
Le ranch de Maggie, avec enclos, forge, grange, étables et écuries, a été construit dans un bassin environné de cratères volcaniques, Valles Caldera, au nord de Santa Fe, près du parc national de Los Alamos. La séquence du ranch a couvert trois jours d'hiver dans le film, mais a été tournée en treize jours.
Les Disparues a été présenté en compétition officielle au Festival de Berlin 2004.