Năm 2008, DreamWorks (nhà phân phối tại rạp của Ghost in the Shell 2: Innocence thông qua hãng phim Go Fish Pictures) và Steven Spielberg có được bản quyền để sản xuất một phim điện ảnh người đóng chuyển thể từ nguyên tác manga Ghost in the Shell. Avi Arad và Steven Paul được xác nhận làm hai nhà sản xuất, và Jamie Moss đảm nhiệm phần kịch bản.[18] Tháng 10 năm 2009, các nguồn tin thông báo Laeta Kalogridis đã vào thay thế Moss trong khâu kịch bản.[19] Ngày 24 tháng 1 năm 2014, Rupert Sanders chính thức được xác nhận sẽ trở thành đạo diễn của phim, với phần kịch bản được thực hiện bởi William Wheeler.[20] Wheeler đảm nhiệm công tác biên kịch cho Vỏ bọc ma trong gần một năm rưỡi, "Đó là một việc làm mênh mông và khó nhọc. Tôi nghĩ rằng tôi là người thứ hai hoặc thứ ba trong mớ hỗn độn ấy, và tôi biết rằng đã có ít nhất sáu hay bảy nhà biên kịch tham gia vào công việc này."[21] Jonathan Herman cũng tham gia đảm nhiệm khâu viết kịch bản.[22] Dù vậy cuối cùng, phần kịch bản được công nhận cho Moss, William Wheeler và Ehren Kruger.

Ngày 3 tháng 9 năm 2014, Margot Robbie bắt đầu những cuộc đàm phán đầu tiên cho vai nữ chính.[23] Vào ngày 16 tháng 10, các nguồn tin cho biết hãng DreamWorks đã đề nghị mức thù lao 10 triệu USD cho Scarlett Johansson để cô đóng vai chính sau khi các cuộc đàm phán với Robbie thất bại vì cô đã được nhận vào vai diễn Harley Quinn trong Biệt đội cảm tử.[24] Tháng 5 năm 2015, Paramount Pictures chấp thuận việc đồng sản xuất và chi tiêu tài chính cho phim.[25] Ngày 10 tháng 11 năm 2015, Pilou Asbæk được tuyển vào phim với vai Batou.[26] Theo trang TheWrap, Matthias Schoenaerts ban đầu được nhắm cho vai diễn này, trước khi nó rơi vào tay Asbæk.[27] Ngày 19 tháng 11 năm 2015, các nguồn tin tiết lộ Sam Riley đang trong thời gian đàm phán cho vai phản diện Kuze, thủ lĩnh của những băng nhóm tội phạm nguy hiểm nhất.[28] Tuy nhiên vào ngày 4 tháng 2 năm 2016, tờ Variety lại đưa tin nam diễn viên Michael Pitt đang trong quá trình đàm phán cho vai diễn này.[29] Ngày 3 tháng 3 năm 2016, TheWrap xác nhận nam diễn viên người Nhật Takeshi Kitano đã được tuyển vào vai Daisuke Aramaki, người sáng lập và dẫn dắt Tiểu đội 9 trong nhiệm vụ bảo vệ thế giới khỏi các mối đe dọa công nghệ.[30]

Quá trình quay phim chính của Vỏ bọc ma được bắt đầu tại Wellington, New Zealand vào ngày 1 tháng 2 năm 2016.[31] Tháng 4 năm 2016, toàn bộ dàn diễn viên tham gia phim được chính thức xác nhận, trong đó có Juliette Binoche, Chin Han, Lasarus Ratuere và Kaori Momoi.[15] Tháng 5 năm 2016, Rila Fukushima được tuyển vào đóng trong phim.[32] Phim được đóng máy tại New Zealand vào ngày 3 tháng 6 năm, 2016. Vỏ bọc ma ngoài ra còn được quay tại khu vực Du Ma Địa và Jordan của Hong Kong, xung khoanh Phố Pak Hoi và Phố Woosung vào ngày 7, 8 và 10 hoặc 14–16 tháng 6 năm 2016.[33]