Le tournage de Ghosts of Mars débute le 7 août 2000 près de la ville d'Albuquerque, au Nouveau Mexique, sur les terres sacrées d'une tribu indienne. La vielle au soir, John Carpenter décide d'organiser une prière dédiée aux traditions locales et à l'esprit des lieux à l'endroit même de tournage. La cérémonie réunit toute l'équipe technique et artistique du film, et est présidée par un sorcier indien, qui bénit les décors.
Personnage haut en couleur avec son accent british au couteau, Jericho Butler est incarné par le britannique Jason Statham, découvert dans Arnaques, crimes et botanique de Guy Ritchie. C'est en se promenant à Londres que le futur mari de Madonna découvre l'acteur, alors... vendeur de bijoux. Egalement apparu dans le deuxième film de Guy Ritchie, Snatch, Jason Statham fut aussi champion de plongée en Angleterre. Des aptitudes qui ont eu leur intérêt lors de la préparation physique de Ghosts of Mars.
Alors que John Carpenter avait depuis longtemps jeté son dévolu sur Courtney Love pour le rôle clé de Melanie Ballard (Ghosts of Mars), celle-ci se blesse à la cheville quelques semaines seulement avant le début du tournage. C'est finalement l'actrice d'origine canadienne Natasha Henstridge qui la remplace au pied levé, manquant du même coup les semaines de préparation physique qui avaient précédé les premières prises de vue. Natasha Henstridge retrouve cependant vite ses marques, habituée aux films fantastiques depuis ses rôles titres dans La Mutante et La Mutante 2