Reconstituant ce paysage austère de champs pétrolifères qui pullulent autour de la ville de Texas City, et en tournant à La Nouvelle-Orléans après l’ouragan Katrina, la réalisatrice a cherché à capter l’ambiance désolée et hantée de ces endroits post-industriels délabrés. Rappelons qu'à l'instar de La Nouvelle-Orléans, la ville de Texas City a été dévastée par des ouragans à plusieurs reprises, dont Rita un mois seulement après Katrina, Ike en 2008, sans oublier le tristement célèbre ouragan de Galveston qui a complètement détruit la ville en 1900.
C'est la deuxième fois que Sam Worthington et Jessica Chastain tournent ensemble, après s'être donnés la réplique sur L' Affaire Rachel Singer de John Madden en 2010.
Christopher Lawrence, le chef costumier de Killing Fields, a confié que son travail sur ce film a été l’un des plus difficiles de toute sa carrière. Représenter des personnages d’une façon authentique tout en étant fidèle à ce qu’ils sont dans la réalité a été, en effet, très délicat : de la paire de mocassins du shérif au pull de fillette porté par la prostituée, en passant par la création de robes volontairement déchirées pour simuler une agression sexuelle... tout y est passé !
Pour la préparation de leurs rôles, les actrices Sheryl Lee et Chloe Moretz ont passé quelques jours dans un centre de désintoxication pour toxicomanes.
Sam Worthington a rencontré le véritable détective new-yorkais Mike Souder, dont il campe le personnage. Ce dernier était à l'époque venu enquêter aux côtés du shérif de Texas City, ville témoin de ce fait divers des plus macabres. L'acteur en a profité pour l'accompagner boire une ou deux bières afin d'évoquer cette affaire de manière plus détendue, tant cette dernière semble avoir laissé des séquelles dans les mémoires de ses protagonistes.
Le film a été présenté en avant-première mondiale lors du festival 2011 de la Mostra de Venise.
La réalisatrice du film, Ami Canaan Mann, s'est rendue plusieurs fois sur les lieux où se sont véritablement déroulés ces meurtres de fillettes. En compagnie de son illustre père, elle y a fait des repérages et n'a pas hésité à mitrailler le paysage avec son appareil photo. L'objectif : s'imprégner de l'atmosphère sordide, voire fantomatique, de ces lieux "maudits", pour pouvoir ensuite retranscrire ce climat de la manière la plus réaliste qui soit.
La production a décidé de tourner le film, non pas au Texas dans lequel s'est déroulé le fait divers, mais en Louisiane. En effet, cet état bordé par les rives du Mississippi offrait beaucoup plus d'avantages fiscaux que le Texas.
Avant qu'Ami Canaan Mann soit nommée réalisatrice du film, la production avait proposé le poste à Danny Boyle (Slumdog Millionaire, 127 heures) mais ce dernier, un temps intéressé, préféra abandonner le projet. La raison ? Un scénario "trop sombre et trop glauque" pour le cinéaste.
Le tournage du film s'est déroulé durant l'été 2010.
Il s'agit du deuxième long métrage de cinéma pour la réalisatrice Ami Canaan Mann. A noter qu'elle avait été directrice de seconde équipe pour Heat (1995) de Michael Mann. Ce dernier, qui n'est autre que son propre père, est producteur sur Killing Fields.
Pendant la phase de préproduction de Killing Fields, Bradley Cooper avait été approché pour jouer dans le film.
Du haut de ses quatorze ans au moment de la sortie de Killing Fields, Chloe Moretz a déjà derrière elle un CV bien musclé. Pour preuve, il y a plus d'une quinzaine de films à son compteur, dont l'incontournable Kick-Ass.