2009年にウォルト・ディズニー・カンパニーがマーベル・エンターテインメントを買収した後[25]、マーベル・テレビジョン部門が新設されたことが発表された[26][27]。その後数ヶ月、マーベルのコミックに基づく様々なパイロットが企画段階に入った[28][29]。

2012年7月、マーベル・テレビジョンはABCと共にマーベル・シネマティック・ユニバースと世界観を共有した新番組の協議に入った[30]。2012年8月、『アベンジャーズ』の監督で、『バフィー ?恋する十字架?』と『ファイヤーフライ 宇宙大戦争』の発案者であもあるジョス・ウィードンが企画に参加することが発表された[31]。数週後、ABCは『S.H.I.E.L.D.』と呼ばれる番組のパイロット版を発注した。パイロット版はジョス・ウィードン、ジェド・ウィードン、モーリサ・タンチャローエンが脚本を執筆し、ジョス・ウィードンが監督する。またシリーズのショーランナーはジェド・ウィードン、タンチャローエン、ジェフリー・ベルが務める[32][33]。ディズニーCEOのボブ・アイガーは、『アベンジャーズ』のニューヨークの戦いで使われたチタウリ（英語版）の武器を拾ったカップルを追跡するS.H.I.E.L.D.エージェントを描いたマーベル・ワンショット作品『アイテム47』を鑑賞した後にシリーズ化のグリーンライトを出した[34]。

2013年4月、ABCは番組のタイトルが『Marvel's Agents of S.H.I.E.L.D.』であることを発表し[8]、またフルシーズンの製作を正式に決定した[35][36]。2013年7月、ジェド・ウィードンはテレビシリーズが過去、そして今後のマーベル映画と並行して動くと語った[37]。また同月、モーリサ・タンチャローエンは自身のTwitterページにて、ジョス・ウィードン、ジェド・ウィードン・ジェブ・ベル、ポール・ズビゼウスキー、モニカ・オウス＝ブリーン（英語版）、ブレント・フレッチャー、ローレン・ルフラン、レイフ・ジャドキンス（英語版）、シャリーシャ・フランシスがシリーズの脚本家を務めることを発表した[38]。さらに作曲家のベアー・マクレアリーは自身がシリーズの作曲を担当することを明かした[1]。2014年3月、プロデューサーたちは自分たちと脚本家たちはMCU映画との辻褄を合わせるために未公開の作品の脚本を読むことができることを明かした[39]。

シリーズでは移動手段とチーム本部を兼ねた改造されたボーイングC-17のバスが主な舞台となる。