Действие фильма происходит в будущем (2035 г.), где роботы являются обычными помощниками человека. Главный герой — полицейский, «не переваривающий» роботов, расследует дело об убийстве, в которое оказывается вовлечен робот. Речь идет о возможном нарушении «Закона о Роботах» (робот никогда не поднимет руки на человека), что, в принципе, невозможно. Ситуация близка к катастрофической: если машины могут нарушать этот закон, то уже ничто не остановит их от захвата контроля над людьми, тем более, что человечество уже давно стало полностью зависимо от роботов…

В картине задействована одна из последних разработок компании Audi — шикарный автомобиль Audi Le Mans Quattro. Хотя изначально этот автомобиль изготавливался специально для фильма, боссам компании новая модель настолько понравилась, что они решили запустить её в серийное производство.

В одном из окон магазинчика, торгующего антиквариатом, зрители могут увидеть знаменитую собачку-робота AIBO.

Сценарий картины был основан на совершенно другом проекте под названием «Запаянный» («Hardwired»). Несмотря на то, что у проекта было довольно мало шансов на выход в свет, композитор Джефф Занелли умудрился написать заглавную композицию для картины.

Изначально сценарий не имел ничего общего с произведением известного американского фантаста Айзека Азимова (название которого данный проект сейчас и носит). Однако, после того, как первоначальный сценарий дошел до режиссера, и были выкуплены права на экранизацию произведения Азимова, продюсера приняли решение передать имеющийся под рукой текст Акиве Голдсману с пожеланием скрестить оригинальный рассказ Азимова и уже разработанный сценарий «Hardwired».

Марко Белтрами был приглашен для участия в проекте под самый занавес работы над ним, и получил в свое распоряжение всего лишь 17 дней для того, чтобы написать порядка 90 минут музыкального сопровождения к фильму.

Фильм поставлен по мотивам всех девяти историй, входящих в сборник Айзека Азимова «Я, Робот». У сборника есть продолжение в виде четырех романов «The Caves of Steel», «The Naked Sun», «The Robots of Dawn», «Robots and Empire».

При инициации проекта в 1998 году режиссером значился Брайан Сингер.

Экранный образ робота Сонни создавался с использованием тех же технологий, что и Голлум во «Властелине Колец» Питера Джексона. Пластику и голос робота сыграл актёр Алан Тьюдик.