O argumentista e realizador John Patrick Shanley é também o autor da premiada peça de teatro homónima, pela qual recebeu o prestigiado Prémio Pulitzer em 2005.
Viola Davis, nomeada ao Óscar pela sua interpretação da Sra. Miller, consegue um impacto memorável com apenas duas aparições: um diálogo intenso de sete minutos com a Irmã Aloysius (Meryl Streep) e uma segunda cena de apenas dez segundos em que permanece em total silêncio.
Philip Seymour Hoffman foi o maior defensor de Amy Adams para o papel da Irmã James; chegou inclusive a condicionar a sua própria permanência no projeto se a produção não a contratasse.
Os diálogos entre as personagens interpretadas por Meryl Streep, Philip Seymour Hoffman, Amy Adams e Viola Davis destacam-se pela sua extensão, com sequências que chegam a ultrapassar os dez ou quinze minutos de duração.
Frances McDormand foi a primeira escolha da produção para interpretar Aloysius Beauvier, papel que acabou por recair em Meryl Streep.
A personagem da Irmã James (Amy Adams) foi inspirada na verdadeira professora de escola do realizador John Patrick Shanley, a Irmã Margaret James.
Durante a primeira cena no escritório, quando Aloysius Beauvier (Meryl Streep) culpa Brendan Flynn, Philip Seymour Hoffman estava com uma forte constipação.
O realizador John Patrick Shanley apenas revelou a Philip Seymour Hoffman se a sua personagem era culpada ou inocente; o resto do elenco teve de trabalhar sob a mesma incerteza que o espetador.
O lenço que a personagem de Meryl Streep usa no filme Dúvida foi tricotado pela própria atriz.
Natalie Portman rejeitou o papel da Irmã James.
«Não é um filme sobre a igreja», afirma John Patrick Shanley. Com o fim de que o público transcendesse o ambiente religioso e aprofundasse o dilema central, o realizador ordenou a retirada dos crucifixos da maioria dos sets, apesar de a trama se desenrolar numa escola católica.
O papel da Irmã James despertou um enorme interesse na indústria; atrizes do nível de Anne Hathaway, Jessica Chastain, Kate Hudson, Rachel McAdams e Michelle Williams foram consideradas antes de a produção se decidir finalmente por Amy Adams.