Es la adaptación del comic, de ciencia ficción, Barbarella, creada por el ilustrador y escritor francés Jean-Claude Forest, publicada entre 1962 y 1964. Forest basó a Barbarella en Brigitte Bardot a quien se le ofreció el papel principal, pero lo rechazo porque ya no quería interpretar papeles sexys.
Se planeó una secuela de Barbarella en noviembre de 1968. El productor Robert Evans dijo que su título provisional sería Barbarella Goes Down, con el personaje viviendo aventuras submarinas. Terry Southern dijo que Dino de Laurentiis se puso en contacto con él en 1990 para escribir una secuela económica, pero con mucha acción y mucho sexo, y posiblemente protagonizada por la hija de Fonda, pero nunca logro producirse.
Barbarella viaja a la malvada ciudad de SoGo, cuyo nombre es una referencia a las ciudades bíblicas de Sodoma y Gomorra.
Las escenas durante los créditos iniciales en las que Barbarella parece flotar alrededor de su nave espacial se filmaron haciendo que Jane Fonda se acostara sobre una enorme pieza de plexiglás con una imagen de la nave espacial debajo de ella. Fue filmado desde arriba, creando la ilusión de que ella está en gravedad cero.
El actor Ian McKellen viajo a Roma para hacer una audición para un papel. Aunque no lo consiguió, le dijo a la revista Empire que Jane Fonda le preparó el desayuno mientras esperaba para leer.