Rose McGowan, Angelina Jolie, Salma Hayek, Michelle Williams, Helena Bonham Carter, Elizabeth Hurley, Amy Adams, Rachel Weisz, Scarlett Johansson, Anne Hathaway i Jennifer Lawrence były brane pod uwagę przy obsadzaniu roli Avy Lord.
Johnny Depp odrzucił rolę Johnny'ego z powodu napiętego grafiku.
Z powodu ciąży Devon Aoki musiała zrezygnować z powtórzenia roli Miho, a zastąpiła ją Jamie Chung.
Brittany Murphy miała ponownie wcielić się w rolę Shellie, jednak zmarła zanim rozpoczęto kręcenie zdjęć.
Michael Clarke Duncan miał ponownie wystąpić jako Manute. Z powodu jego śmierci rolę przejął jednak Dennis Haysbert.
Clive Owen miał pojawić się w końcowych scenach segmentu "Damulka warta grzechu" jako Dwight McCarthy po operacji plastycznej. Aktor nie mógł jednak powtórzyć swojej roli z pierwszego filmu serii z powodu pracy nad serialem "The Knick". Ostatecznie zdecydowano się na odpowiednie ucharakteryzowanie Josha Brolina, grającego Dwighta sprzed operacji.
Początkowo Michael Madsen miał ponownie wystąpić w roli Boba. Ostatecznie jednak postać tę zagrał Jeremy Piven.
Jake T. Austin pojawił się na castingu do roli Johny'ego, zaś Johnny Depp odrzucił ją z powodu napiętego grafiku. Rolę ostatecznie otrzymał Joseph Gordon-Levitt.
Nancy wspomina, że Hartigan popełnił samobójstwo, wkładając sobie pistolet w usta i pociągając za spust. W rzeczywistości, jak wiadomo z pierwszego filmu serii, Hartigan strzelił sobie w czoło.
Senator Roark (Powers Boothe) zostaje zabity podczas segmentu, który ma miejsce przed wydarzeniami z filmu ''Sin City: Miasto Grzechu''. W pierwszej części cyklu, Marv (Mickey Rourke) wspomina, że kardynał Roark (Rutger Hauer) ma brata senatora, co sugeruje, że polityk jeszcze żyje.
Pod koniec opowieści zatytułowanej "Damulka warta grzechu", Ava (Eva Green) zabija Manute'a (Dennis Haysbert), po czym mężczyzna wpada do basenu. Wydarzenie to jest sprzeczne z filmem "Sin City: Miasto Grzechu" (segment "Krwawa jatka"), gdzie Manute zginął z rąk prostytutek ze Starego Miasta. "Damulka warta grzechu" ma miejsce przed "Krwawą jatką".
Bielizna Joeya (Ray Liotta) pojawia się i znika podczas sceny seksu.
Zdjęcia do filmu kręcono w Austin (Teksas, USA) i Nowym Orleanie (Luizjana, USA).
Zdjęcia kręcono od 29 września do 22 grudnia 2012 roku.
Dwie z czterech historii przedstawionych w filmie - ''Just Another Saturday Night'' oraz ''A Dame to Kill For'' odbywają się przed wydarzeniami przedstawionymi w filmie ''Sin City: Miasto Grzechu''.
Gdy Dwight (Josh Brolin) zostaje wyrzucony przez okno, można zauważyć papierosy marki Red Apple. Red Apple to fikcyjna marka używana przez Roberta Rodrigueza i Quentina Tarantino. Obaj filmowcy zamieszczają ją w swoich filmach.
Tylko dwa z czterech segmentów przedstawionych w filmie oparte są na komiksach z serii "Sin City". Są to: "Damulka warta grzechu" oraz "Kolejna sobotnia noc". Pozostałe dwie opowieści zostały napisane specjalnie na potrzeby filmu.