- Tom Cruise est reconnu pour faire chacune de ses cascades. L'acteur n'a eu recours à aucun effet spécial pour la scène où il est accroché sur le côté d'un avion. Cruise a été suspendu à un Airbus A400M et a été propulsé à plus de 5 000 pieds dans les airs. Filmer une scène comme celle-là engendre son lot d'obstacles. L'équipe a du fabriquer un cadre qu'elle a placé sur la caméra afin de catalyser la résistance du vent. Un autre problème était que l'acteur n'arrivait pas à garder ses yeux ouverts pendant le vol. Un spécialiste a donc conçu une lentille spéciale qui couvrait l'entièreté de son globe oculaire et lui permettait de garder les yeux ouverts. Huit prises de cette séquence ont été filmées.
- Tom Cruise a été blessé à six reprises pendant le tournage.
- Le film devait originalement prendre l'affiche le 25 décembre 2015 mais Paramount a décidé de devancer sa sortie pour ne pas avoir à affronter Spectre et Star Wars: Episode VII - The Force Awakens.
- The Syndicate, l'organisation diabolique dépeinte dans le film, était les méchants de la série originale de Mission: Impossible, datant des années 1960. Le groupe a aussi été brièvement mentionné dans Mission: Impossible - Ghost Protocol (2011).
- Il y a eu un léger conflit lorsque Paramount et Disney ont réalisé que les titres de leurs deux films se ressemblaient : Mission: Impossible - Rogue Nation et Star Wars Anthology: Rogue One. Les deux compagnies en sont finalement venues à une entente : Disney n'allait pas faire la promotion de son film tant que celui de Paramount n'aurait pas pris l'affiche.
- Benedict Cumberbatch a d'abord été considéré pour le rôle du vilain.
- Jessica Chastain était le premier choix de la production pour interpréter la protagoniste féminine, mais les six mois d'entraînement intensif que nécessitait le rôle l'en ont dissuadée. Il s'agit de la deuxième fois que la comédienne refuse de jouer dans un film de Tom Cruise, alors qu'elle devait précédemment figurer au générique de Oblivion à ses côtés.
- Tom Cruise était attaché pour jouer Napoleon Solo dans The Man from U.N.C.L.E., mais a abandonné le projet pour jouer dans le cinquième Mission: Impossible.
- Le film fait du placement de produits pour les voitures BMW, spécialement pour la 2016 BMW 3-series.
- Les producteurs du film voulaient que Brad Bird reprenne la direction du nouveau Mission: Impossible, après avoir réalisé Ghost Protocol en 2011, mais le cinéaste a dû refuser pour travailler sur Tomorrowland. Tom Cruise a ensuite insisté pour engager Christopher McQuarrie à la place.
