1968年，安德烈·塔科夫斯基產生了改編拍攝波蘭科幻小說《索拉裏斯》的想法，他的動機很簡單，那就是對史坦尼斯勞·萊姆作品的贊賞和對工作及金錢的需求。塔科夫斯基的上部電影《安德烈·盧布廖夫》陷入無法上映的境地，他的劇本《A white，white day》也被拒之門外（後來催生出1975年的《鏡子》）。因為萊姆是蘇聯最受歡迎和尊敬的小說家，所以改編他的小說頗具商業和藝術潛力。為了將《索拉裏斯》搬上大銀幕，塔科夫斯基和萊姆通力合作，在弗雷德裏克·格倫施坦的協助下，塔科夫斯基於1969年夏完成了劇本初稿，其中三分之二的故事聚焦於克裏斯與哈莉在地球上的婚姻，萊姆和莫斯科電影制片廠委員會不喜歡這種設置，為了讓拍攝成行，劇本終稿只好做出妥協，極少交代地球上的故事，而克裏斯的第二次婚姻也被全部刪除。
在小說原著中，萊姆描寫了人類科學對外星生命形式的無能為力，因為人類無法了解外星人；而在本片中，塔科夫斯基專註於克裏斯對妻子的感情，以及探索外太空對人類狀況的影響，正如斯諾特在片尾所說:“我們不需要別的世界，我們需要鏡子。”小說以心理學家克裏斯的太空飛行展開，而且自始至終發生在索拉裏斯星，而影片則以克裏斯在啟程之前拜訪父母拉開序幕，從而用溫暖的地球與冰冷的空間站之間的鮮明對比呈現和探詢太空探險對人類心理造成的巨大沖擊。雖然萊姆參與了劇本改編，卻始終不知道塔科夫斯基究竟會怎樣處理小說，塔科夫斯基希望影片故事能基於小說，但必須在藝術上不拘壹格，而萊姆強烈反對劇本中出現與小說相悖的內容，希望影片能照搬小說。塔科夫斯基的這部電影有關科學家作為人類的內心世界，萊姆的小說則有關人類與宇宙的沖突，塔科夫斯基正是想將萊姆筆下的沖突作為探索人物內心世界的起點。
塔科夫斯基起初想讓他的前妻伊爾瑪·勞什飾演哈莉治，可在1970年6月與瑞典女演員畢比·安德森會面之後，塔科夫斯基開始考慮啟用安德森，為了能與塔科夫斯基合作，安德森破例同意用盧布結算片酬。同年，納塔莉亞·邦達爾丘克也參加了試鏡，塔科夫斯基和邦達爾丘克曾***同就讀於國家電影學院，向他推薦小說《索拉裏斯》的正是邦達爾丘克，不過塔科夫斯基認為邦達爾丘克過於年輕而不適合扮演哈莉，隨即將其推薦給導演拉莉薩·舍皮琴科。壹年半後，塔科夫斯基被邦達爾丘克主演的《You and I》深深打動，於是決定讓她成為扮演哈莉的最終人選。
1970年夏，影片拍攝得到了國家電影委員會的正式批準，片長限制約為140分鐘。本片於1971年3月開拍，為影片掌鏡的仍是塔科夫斯基的禦用攝影師維迪·尤索夫，片中外景在莫斯科附近的茲韋尼哥羅德拍攝完成，內景則出自莫斯科電影制片廠，為拍攝宇航員波頓駕車穿過城市的畫面，劇組曾遠赴日本東京和赤阪取景。