Фильм основан на первых четырёх книгах культовой манги «Gunnm» (1990-1995) Юкито Кисиро. В США манга была издана под названием «Боевой ангел Алита» («Battle Angel Alita»).
Режиссёром проекта стал Роберт Родригес, в активе которого есть работы «Отчаянный» (1995), «От заката до рассвета» (1995), «Город грехов» (2005).
«Алита: боевой ангел» стал первой совместной работой Джеймса Кэмерона и Роберта Родригеса. Кэмерон мечтал экранизировать мангу «Боевой ангел» ещё в 1995 году, но временно отложил задумку, предпочтя работу над фильмом «Титаник». К тому же, по словам режиссёра, в то время ещё не существовало технологий, с помощью которых удалось бы передать мир, описанный Юкито Кисиро.
В картине сыграли: Роза Салазар («Бегущий в лабиринте: испытание огнём», «Калифорнийский дорожный патруль»), Кристоф Вальц («Бесславные ублюдки», «Воды слонам», «Джанго освобождённый»), Дженнифер Коннелли («Реквием по мечте», «Игры разума», «Кровавый алмаз»).
Главная героиня фильма была создана с использованием технологии захвата движения. Похожие технологии Джеймс Кэмерон использовал в фильме «Аватар».
Визуальные эффекты для «Алиты» делали три студии — Weta Digital, DNEG и Framestore. Первую из них основал Питер Джексон, и там создавались спецэффекты для трилогий «Властелин колец» и «Хоббит» (у студии шесть «Оскаров» за визуальные эффекты).
Продюсеры рассматривают идею продолжения фильма «Алита: боевой ангел», в том случае, если картина добьется успеха в кассовом прокате.