«Иван Грозный» снимался в тяжелейших условиях эвакуации на киностудии ЦОКС в Алма-Ате. Правительство Казахской ССР предоставило группе Эйзенштейна недавно отстроенный в столице Дом культуры, зрительный зал и сцена которого служили в качестве кинопавильона.
Съемки начались в 1943 году . Ресурсы и время были ограничены, поэтому Эйзенштейн решил снимать все три серии одновременно. Условия работы в Алма-Ате сильно отличались от столичных: зачастую снимать приходилось по ночам из-за проблем с электричеством, съемочная группа порой натурально голодала, работала на износ. Фильм снимался во время войны, большинство актёров были голодными. Во время съёмок еду на столах, которая попадала на экран, смазывали керосином, чтобы её никто не ел. Кроме того, создателям приходилось вновь и вновь сталкиваться с администрацией, участвовать в спорах и прениях, оправдываться за перерасчет средств и часов. В какой-то момент Эйзенштейну пришлось написать письмо лично Сталину с просьбой, чтобы ему дали спокойно работать. На какое-то время режиссера оставили в покое, но в дальнейшем доверие, оказанное ему начальством, оправдать не получилось.
Декорации строили из подручных материалов. Когда закончилась фанера, щиты стали изготавливать из местного кустарника – чия. Плетут из него маты, кладут на пол под кошмы. Когда начали делать декорации к «Ивану Грозному», то набивали на брусья маты из чия, а потом их штукатурили. Можно только поражаться, как умел Эйзенштейн при скромных возможностях военного времени создать прекрасные декорации соборов и царских палат.
Художником фильма являлся И. Шпинель, но при разработке эскизов костюмов ему активно помогал Эйзенштейн. Режиссер также лично контролировал и пошив одежды. В разработке эскизов и костюмов Сергей Михайлович опирался на собственный дар блистательного художника-графика. Он нарисовал более двух тысяч набросков для картины, добиваясь того, чтобы костюм подчёркивал характеристику действующего лица. Он с неутомимым вниманием следил за второстепенными, казалось бы, аксессуарами — за утварью, за предметами культа, добиваясь выразительности мельчайших деталей, стилистического единства всех подробностей. В 1973 году костюм Ивана Грозного был использован в фильме «Иван Васильевич меняет профессию».
Из Москвы возили реквизит – златотканые ризы, огромные подсвечники, алтари. В съёмках использовался иконостас храма Троицы Живоначальной в Троицком-Голенищеве. Предметы для фильма собирали и по Казахстану. Начальник цеха реквизитов Глеб Шандыбин вспоминал: «Сергей Михайлович приходил к нам с художником Шпинелем, разбирался в реквизите, отбирал нужное и часами объяснял нам значение каждой вещи для картины. Мелочей для него не было, всему, чему суждено было попасть в кадр, он уделял исключительное внимание, каждая деталь реквизита играла в фильме свою роль, имела свой «голос» в кадре».
На картине работали два оператора: Эдуард Тиссэ, снимавший натуру, и Андрей Москвин, которого режиссёр специально пригласил для павильонных съёмок. Портретные съёмки оператора Москвина могли бы составить гордость любой кинематографии. «Иван Грозный» — один из ярчайших в истории мирового кино примеров живописного кинематографа. Часть оригинального негатива фильма снята американской камерой Mitchell BNC. Это была одна из восьми таких камер, поставленных в СССР во время Великой Отечественной войны в рамках ленд-лиза.
На съёмочной площадке Эйзенштейн много экспериментировал, варьировал, делал десятки вариантов одного кадра. Режиссёр понимал, что вторая серия полемичнее политически, но сильнее драматургически, поэтому он делал все, чтобы сократить разрыв между выпуском двух серий до минимума. Многие сцены второй серии снимались одновременно с первой, а некоторые сначала предназначались для первой серии и только в процессе монтажа оказались во второй (например, сцены детства Ивана).
Эйзенштейн делал режиссёрские разработки характеров действующих лиц и выстраивал непрерывную линию поведения персонажей сразу для всего фильма. Экспериментировал с цветом — поэтому в черно-белой картине появился яркий очень эмоциональный цветной кусок.
Несмотря на все ограничения, трудно сравнить «Ивана Грозного» с каким-либо другим советским фильмом 1940-х годов по масштабности и размаху. Декорации, костюмы, массовка, тяжелейшая для съёмок сцена осады Казани из первой серии — все это по степени проработки и технического совершенства было сделано на пределе возможностей.
В июле 1944 года съёмочный коллектив был уже в Москве, в знакомых павильонах «Мосфильма» на Потылихе. Последние досъёмки, монтаж, озвучание — теперь работа над первой серией быстро двигалась к концу. Съёмки завершили в 1944 году.
Эйзенштейн применил множество новаторских техник и в операторской работе, и в режиссуре. Фильм снят с размахом, которым не может похвастаться ни один «Титаник». Это и тысячи статистов, и декорации дворцов и церквей, и костюмы, и предметы быта, точно соответствующие эпохе. И музыка великого Прокофьева к фильму получила известность как самостоятельное произведение, в том числе в нескольких исполнительских редакциях, осуществлённых другими композиторами. На её основе были созданы балеты и оратории.
«Иван Грозный» и сегодня удивляет своим необыкновенным киноязыком, сложностью мизансцен, выразительностью буквально каждого кадра. Многочисленные крупные планы лиц и некоторая театральность в игре актеров нисколько не мешают, наоборот, их выразительность помогает полнее ощутить дух того страшного времени, понять его и принять. Каждый кадр здесь, каждый эпизод полны символов и смысла.
Перед нами величайшее полотно величайшего мастера и творца. Перед нами история великого царя, рассказанная великим режиссером так, как будто он сам был очевидцем тех событий. Перед нами русский киноэпос «Иван Грозный».