Поставил картину знаменитый сказочник Терри Гиллиам. Режиссёр работал над такими культовыми фильмами, как «Монти Пайтон и священный Грааль» (1975), «Бразилия» (1995), «Страх и ненависть в Лас-Вегасе» (1998) и «Приключения барона Мюнгхаузена» (1988).

Терри Гиллиам: Снимая в 1984 году «Бразилию», я хотел нарисовать картину мира, в котором мы будем жить в будущем. «Теорема Зеро» — это беглый взгляд на мир, в котором, как мне кажется, мы живём сегодня. Сценарий Пэта Рашина — весёлая и философская сказка — заинтересовал меня, потому что в нём задано немало существенных вопросов: что придаёт смысл нашей жизни? Что делает нас счастливыми? Может ли человек найти уединение в мире, полном ограничений и зависимостей? Наш мир — это сплошной хаос или здесь «всё под контролем»?

Кристоф Вальц, исполнитель роли Куохена Лета, известен зрителям по образам в фильмах «Джанго освобождённый» (2013) и «Бесславные ублюдки» (2009). По словам Гиллиам, Вальц является самым «любимым нацистом среди киноманов». Актёр награждён «Оскаром» в 2010 году.

Мэтт Дэймон изобразил антагониста по имени Менеджмент. Актёр является признанной звёздой Голливуда, знаменит по трилогии боевиков про Джейсона Борна, обладает «Оскаром» за создание сценария к фильму «Умница Уилл Хантинг» (1998).

Мелани Тьерри изобразила любовный интерес главного героя. Французская актриса снималась в сравнительно популярных европейских картинках, таких как «Вавилон Н.Э.» (2008) и «Ларго Винч: Начало» (2008).

Также роли в фильме «Теорема Зеро» исполнили Бен Уишоу («007: Координаты «Скайфолл», «Облачный атлас», «Парфюмер») и Тильда Суинтон («После прочтения сжечь», «Майкл Клейтон»).

Фильм практически целиком (и натура, и павильон) снимался в Бухаресте. Компания Voltage Pictures работала там не впервые. По мнению режиссёра, это сейчас самое лучшее и недорогое место в Европе для кинопроизводства. Действие большей части фильма происходит в полуразрушенной церкви — декорация была построена на студии. В ней переплетены детали английских и румынских церквей. От румынских православных церквей «взяли» стены с ликами, а от англиканских узнаваемые детали — орган, высокий алтарь, вестибюль.

«Теорема Зеро» снималась осенью 2012 года: 28 дней в павильонах и 8 — на натуре. Так быстро Гиллиам не работал со времен «Монти Пайтона и Чаши Грааля».