El título de la película y uno de sus protagonistas principales -los coches y los motores- vinieron a la mente del realizador después de su viaje por los Estados Unidos. Allí se cruzó con limusinas inmensas y blancas, que asombrosamente también encontró más tarde en su barrio parisino. Intrigado, vió en estos bellos objetos sobre ruedas, unos vehículos que podrían servir para guiar a la gente hacia sus últimos viajes.
Asombrosamente, el realizadorLeos Carax interviene en apertura de la película. Dice haber tenido esta idea gracias a una imagen que tuvo que le perturbó mucho: una sala de cine, en plena proyección, y poblada de espectadores petrificados y con los ojos cerrados. Cita, por otra parte, que hace referencia al plano final de la película de King Vidor, 'Y el mundo marcha' (1928), o a la novela "Don Juan", del escritor y compositor Ernst Theodor Amadeus Hoffmann.
'Holy Motors' supone la vuelta del personaje del Señor Mierda, creado por Leos Carax y Denis Lavant para la película 'Tokyo!' (2008), de carácter episódico y en la que también participaban Michel Gondry y Joon-ho Bong.
El papel de la modelo Kay M., interpretada por Eva Mendes, debía haber sido encarnada en un principio por Kate Moss en otro proyecto que el director tenía en marcha, titulado "Mierda in USA". Pero después de un encuentro con la actriz americana, el director modificó su decisión.
Leos Carax realizó 'Holy Motors' en formato digital. El realizador que, se negaba en un principio a utilizar este soporte, decidió decantarse finalmente por él debido a la falta de dinero, y de estar forma, también para dar confianza a los productores.
Al principio, el personaje dedicado a la tarea del vino iba a estar interpretado por el propio Leos Carax. Pero decidió darle el papel a Michel Piccoli, prometiéndole maquillarlo hasta dejarlo irreconocible, y poniendo incluso un nombre falso en los títulos de crédito: Marcelo Tendrolo. Esta idea divertida desgraciadamente no pudo ponerse en práctica, ya que fue descubierta antes de que se estrenara el film.