Sau khi Disney mua lại Marvel vào năm 2009, CEO Bob Iger đã tiến hànhcho nhân viên của công ty bỏ phiếu khảo sát nhân vật nào của Marvelthích hợp để chuyển thể thành phim.[9] Trong khi đồng chỉ đạo Winnie thePooh, đạo diễn Don Hall đã chọn Big Hero 6 từ thư viện của Marvel vàsau đó gửi ý tưởng tới John Lasseter trong năm 2011, như một bộ phimcó thể sản xuất cho Walt Disney Animation Studios. Tháng 8 năm 2012,Walt Disney Animation Studios xác nhận rằng các nhân vật thuộc seriescủa Marvel Comics đã thích hợp và bộ phim đang được đưa vào giai đoạnphát triển đầu tiên.[10][11] Trong khi đó hai nhân vật Sunfire và Silver Samurai là thành viên trong nhóm nghiên cứu trong truyện gốc sẽ không xuất hiện trong phim do hãng 20th Century Fox đang giữ quyền thương mại của hai nhân vật đó như một phần của X-men.

Biệt Đội Big Hero 6 sẽ được sản xuất bởi Walt Disney Animation Studios,[12] mặc dùmột số thành viên của đội ngũ sáng tạo của Marvel sẽ tham gia vào quátrình sản xuất của bộ phim, kể cả Joe Quesada - giám đốc sáng tạo củaMarvel.[13] Liên quan đến câu chuyện của bộ phim, Quesada cho biết: "Mốiquan hệ giữa Hiro và robot của mình mang nét đặc trưng rất Disney...nhưng với sự kết hợp với các anh hùng của Marvel".

Về phong cách hoạt hình của bộ phim và cảnh quay, bộ phim sẽ kết hợpphong cách văn hóa thế giới phương Đông (chủ yếu là Nhật Bản) vớiphong cách văn hóa thế giới phương Tây.[14] Từ đó, Disney đã phát hành một đoạn phác thảo cảnh quay tại thành phố San Fransokyo từ bộ phim[15]. Vàongày 31 tháng 12 năm 2013, bộ phim được báo cáo rằng Chris Williams đãtham gia cùng với Don Hall vào vị trí đạo diễn, trong khi Roy Conli sẽthay thế Kristina Reed làm nhà sản xuất.[16]

Trong việc nghiên cứu rô-bốt, nhóm làm phim đã tham khảo ý kiến của các kĩ sư tại Đại học Carnegie Mellon đang làm việc trong lĩnh vực "rô-bốt mềm" sử dụng công nghệ bơm hơi. Họ cho rằng "sẽ có tiềm năng trong ngành công nghiệp y tế trong tương lai, các thế hệ rô-bốt mới sẽ mềm dẻo và nhẹ nhàng và sẽ không làm tổn thương bất kì ai khi chạm vào chúng'. Về Baymax, Hall nói rằng tạo hình của áo giáp mất khá nhiều thời gian "chúng tôi cố gắng tạo ra một bộ giáp mang một cái gì đó mà cảm thấy như tính cách của nhân vật". Đồng đạo diễn Williams cho biết: "Một trong những thách thức lớn trong thiết kế bộ giáp là cho người xem nhận thấy sự hiện diện đáng sợ nhưng rất mạnh mẽ trên đó...đồng thời, phải thật khéo léo, tổng thể phải thực sự đơn giản và đáng yêu như con "rô-bốt mềm" bên dưới".[17]