早在2002年拍攝《黑衣人》第二部的時候，導演就和主演威爾史密斯開始討論起第三部的劇情設定了。
為了讓J穿越到43年前，找到年輕時候的特工K，讓兩人之間碰撞出更加精彩的火花，也讓兩人的關係更加緊密，導演硬生生地看了二十多遍的經典穿越電影《回到未來》。
導演的主要目的還是想將時光穿越、喜劇、科幻、外星人等元素都揉進續集當中。
可是第一部《黑衣人》實在太成功了，可以說上映即巔峰，要想翻越前作累積起來的「大山」談何容易。
於是在反反覆覆的計劃推遲之下，《黑衣人3》直到十年之後才拍攝成片。
時隔十年再拍續集，人類演員好重聚，片中的哈巴狗弗蘭克卻難找回了，十年對於狗來說是足夠漫長的一生，漫長到有些狗根本活不到那麼長的時間。
因此，導演乾脆就讓它回到了自己的星球上，並且讓弗蘭克的照片多次出現在電影當中，以示懷念。
第三部開拍之前，關於原班人馬能否回歸這件事情，最初進展得並不是非常順利，因為主演威爾史密斯在拍完電影《七磅》之後，就差不多進入了半隱退的狀態，很少出現在公眾視野。
多方面考慮衡量之後，他才選擇再度出山，參演了這部電影。而這也創下了他自1993年入行以來時間最長的一次「停工期」。
另外飾演特工K的湯米.李.瓊斯也考慮到自己已經年邁，不太想再次出演動作類型的電影，所幸在《黑衣人3》中他的戲份並不多，大部分的鏡頭都給了年輕版的特工K。
很多人總以為在電影末尾出鏡的「上校兒子」是有威爾史密斯的小兒子賈登扮演的，但事實上並不是他。
威爾史密斯當時確實很想為自己的兒子爭取到這次機會，但是導演巴裡當時沒有同意，而是讓卡延.馬丁出演了這個角色。
阿波羅發射臺顯示的拉鏈逃生系統在現實中確實存在，它本來是為阿波羅計劃安裝的，後來還為航天計劃做了增強建設。在一些發射前的緊急情況下，機組人員會沿著拉鏈線騎著鋼籠到達防爆掩體。
美國的太空人在訓練過程中也會使用這種系統，但在實際的發射過程中，該系統卻一次都沒有在緊急情況下使用過。
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