Los tres hermanos llevan el nombre de los directores Francis Ford Coppola, Peter Bogdanovich y Jack Nicholson.
El escritor y director Wes Anderson dijo que la película se inspiró en parte en Río sagrado (1951). También dijo que tiene una deuda de gratitud con Martin Scorsese por proyectar la película personalmente para él. Anderson también se inspiró en las películas de Satyajit Ray y los documentales indios de Louis Malle.
Las escenas del tren se filmaron dentro de un tren en movimiento que viajaba de Jodhpur a Jaisalmer y atravesaba el desierto de Thar. No se podía fijar nada al techo y el equipo de filmación no podía estar a más de un metro de las ventanas. Wes Anderson y el diseñador de producción Mark Friedberg fueron a la compañía Northwestern Railways y les dijeron que necesitaban diez vagones y una locomotora, que redecorarían por completo y luego moverían alrededor de su vía férrea. Northwestern Railways nunca había recibido tal solicitud y, aunque tomó mucho tiempo y esfuerzo, finalmente se concedió.
Después de completar el primer borrador del guion, Wes Anderson, Roman Coppola y Jason Schwartzman visitaron la India juntos para ver si el mundo ficticio que habían creado encajaba con el mundo real. Los cambios posteriores fueron relativamente menores. Gran parte del diálogo se eliminó de los últimos pasajes de la película porque Anderson quería que la belleza natural de la India hablara por sí misma.
Bill Murray tenía programado tres días de filmación. Rodó todas sus escenas en un día y medio y luego se quedó en la India durante un mes.