Biệt dược đen do bộ đôi Phạm Gia Phương và Trần Trọng Khôi đồng đạo diễn,[27] kịch bản của phim do nhóm biên kịch Phạm Đình Hải, Vũ Liêm và Nguyễn Trung Dũng chắp bút. Bộ phim được khai máy từ tháng 5 năm 2023[28] và đóng máy vào tháng 10 cùng năm.[29][30] Đoàn làm phim đã phải mất 2 năm để thực hiện bộ phim, trong đó phải mất tới một năm rưỡi để viết kịch bản.[27] Vai chính của phim lần lượt được giao cho các diễn viên Huỳnh Anh, Phạm Bảo Anh, Hoàng Long, Lương Thanh, Ngọc Quỳnh, Bình An, Đỗ Duy Nam và Phạm Tuấn Anh.[31] Bộ phim đánh dấu sự trở lại của Huỳnh Anh sau bộ phim truyền hình năm 2020 Lựa chọn số phận.[31] Để chuẩn bị cho vai diễn, Hoàng Anh Vũ cho biết, anh đã cạo trọc đầu để phù hợp với vai diễn Lý Mạnh Cường.[32][33] Đỗ Duy Nam thì tiết lộ rằng anh đã làm kiểu tóc bện thừng để làm mới mình với vai diễn Trần Thành Đạt, cũng như chuẩn bị tinh thần cho bố mẹ trước khi hoàn thành vai diễn này.[33]

Buổi họp báo ra mắt bộ phim được tổ chức vào ngày 23 tháng 8 năm 2023,[34] bộ phim chính thức lên sóng vào ngày 4 tháng 9 và kết thúc vào ngày 1 tháng 11 cùng năm trên kênh VTV3, vào lúc 21h40 thứ 2 đến thứ 4 hàng tuần, sau khi bộ phim Món quà của cha kết thúc.