La idea de 'Espías en la sombra' se le ocurrió a Jean-Paul Salomé, después de leer en el periódico un artículo dedicado a Lise Villameur, una mujer de la resistencia francesa que operaba para la red SOE, servicio secreto creado por Winston Churchill durante la Segunda Guerra Mundial. Esta mujer acababa de morir a la edad de 98 años. Intrigado por la historia, el director inició una investigación ayudado por el historiador Olivier Wieviorka, y descubrió que Lisa Villameur pertenecía, al igual que otras mujeres, a la Sección Francesa, una organización constituida por cincuenta agentes franceses, entrenados en Inglaterra antes de operar en Francia en nombre de los aliados.
Dos de las actrices de la película, Mélanie Laurent y Eva Green, debutan con este film en la gran pantalla.
La actriz Laura Smet, quien interpretaba originalmente a Susan, tuvo que abandonar el rodaje a causa de una fuerte depresión, esta fue sustituida por Marie Gillain.