2010年にアロノフスキーは自身へのインタビュー上で、1998年のアニメ映画『パーフェクトブルー』と『ブラック・スワン』の類似性を指摘された影響は無いと述べたが[9]、その後に今敏から飛行機内で話す時間が出来た際に今から「明らかにパクリなシーンがありますよね？パクリじゃないですか？」と質問され「それはオマージュですから」と弁明した事があり、今は「オマージュって便利な言葉だな」と不快感を示している[10]。アロノフスキーは以前、『レクイエム・フォー・ドリーム』でバスタブのシーンを再創造するために『パーフェクトブルー』のリメイク権を購入し、また2001年に同映画の監督である今敏と対談を行っていた[11]。また今敏死後に発売された書籍『今敏アニメ全仕事』に哀悼のコメントを寄せている。
企画と撮影撮影が行われたニューヨーク州立大学パーチェス校の演技芸術センター

脚本がまだ執筆されていない2000年頃、アロノフスキーとポートマンは初めてバレエ映画について議論をした[6]。アロノフスキーは競合するバレエダンサーとのラブシーンに関してポートマンに話し、そして彼女は「私は、この映画がとても多くの方法で自分ともう一人の自分への芸術家のエゴとナルシズム的なかなりの魅力を探究していて、それが非常におもしろいと思った」と振り返っている[12]。アロノフスキーが『ブラック・スワン』の詳細なアウトラインをユニバーサル・ピクチャーズに提案した2007年1月、スタジオはプロジェクトを企画第一段階へと進めた[13]。プロジェクトは同スタジオではまとまらず、そしてアロノフスキーは代わりに『レスラー』を撮った。2008年に『レスラー』を撮り終えた後、彼はマーク・ヘイマンに『ブラック・スワン』を執筆するように依頼した[6]。2009年6月までにユニバーサルはプロジェクトをターンアラウンドに置くが、ポートマンが主演することは決まっていたため、他のスタジオと専門部門から注目を浴びた[14]。『ブラック・スワン』はプロトゾア・ピクチャーズとオーバーナイト・プロダクションズの融資提供の下で企画が進められた。2009年7月、キュニスの出演が決まった[15]。

フォックス・サーチライト・ピクチャーズは『ブラック・スワン』が配給し、1000万から1200万ドルの製作予算を与える。主要撮影はスーパー16mmカメラを使って行われ、ニューヨーク市で2009年の終わりに向けて始まった[16][17]。撮影の一部はニューヨーク州立大学パーチェス校の演技芸術センターで行われた[5]。アロノフスキーは『レスラー』と同じく、ミュート・パレットと粗粒子を用いて『ブラック・スワン』を撮影した[18]。
衣裳デザイン論争

エイミー・ウェストコットは、衣裳デザイナーとしてクレジットされ、いくつもの賞でノミネートを受けたが、ポートマンや他のダンサーの40ものバレエ衣裳をデザインした人物に関して論争が生じた。イギリスの『インデペンデント』紙の記事によると、これらの衣裳は実際にはロダルテのケイト・ミュラヴィーとローラ・ミュラヴィーの姉妹がデザインしたのだという[19]。ウェストコットはその記事に反論し、ブラック、ホワイト・スワンの衣裳は全部で7つであり、ロダルテとウェストコットとアロノフスキーとの3者で共同で作成したことを明らかにした。また、バレエ団の衣装はザック・ブラウン（アメリカンバレエシアター）がデザインし、ウェストコットと彼女の衣装デザイン部が少し手を加えた。ウェストコットは「この論争は、映画がどれくらい良くできているかわかった後になってクレジットに関して文句を言い、自らのリソースを使って宣伝してくる2人に対する賞賛の言葉である」と述べた[20]。
ダンス・ダブル論争詳細は「w:Black Swan dance double controversy」を参照

ABTのダンサーのサラ・レーンは、本作でポートマンの「ダンス・ダブル」を務めている[21]。『ダンス・マガジン』編集長のウェンディ・ペロンで3月3日付のブログ・エントリーにて、「あなたはバレリーナになるにはほんの1年で済むと本当に信じていますか。私たちは、ナタリー・ポートマンが子供の頃にバレエを習い、フィルムのために1年間の集中教育を受けていたのを知っていますが、それだけではバレリーナにはなれません。しかしながら多くの人々が、ポートマンが自分自身で『ブラック・スワン』で踊ったと信じているように思えます。