Là dự án sản xuất trong dịp Đại lễ 1000 năm Thăng Long – Hà Nội,[10][11] kinh phí của bộ phim được tiết lộ với con số trên 1 tỷ đồng cho mỗi tập và hơn 60 tỷ đồng cho 42 tập phim tổng.[12][13] Kịch bản phim được thực hiện bởi biên kịch Nguyễn Mạnh Tuấn với độ dài gần 4000 trang viết trong vòng 20 tháng dù chỉ với tư liệu chính sử khoảng mười trang giấy,[14][15] trong đó có hơn 60 nhân vật chính, phụ có tên và hàng trăm nhân vật không đặt tên.[16] Các vai chính của phim là Lý Công Uẩn và Giáng Bình được giao lần lượt cho hai diễn viên Công Dũng và BB Minh Thúy.[17][18] Quá trình quay phim chính đã diễn ra trong suốt chín tháng từ tháng 5 năm 2010, với bối cảnh chủ yếu tại phim trường Cổ Loa.[1][19][20] Ban đầu, Huyền sử thiên đô dự định sẽ dài khoảng 72 tập, nhưng sau khi phát sóng được 42 tập đầu, bộ phim đã được tạm dừng do thiếu kinh phí để hoàn thành nốt số tập còn lại.[12][21][22] Một loạt phim ký sự cùng tên dài 52 tập với dàn diễn viên tương tự, hợp tác sản xuất cùng Đài Truyền hình Thành phố Hồ Chí Minh và phát sóng trên kênh HTV7, cũng được coi là bộ phim ký sự đầu tiên về Lý Công Uẩn.[23][24]