Фильм поставлен по небольшому рассказу Криса Ван Оллсбёрга «Полярный Экспресс», изданному в 1985 году. Рассказ состоял всего из 32 страниц, на которых при этом было огромное количество иллюстраций (Ван Оллсбёрг в первую очередь художник). Поэтому во многом сюжет рассказа дополняли личные идеи Роберта Земекиса.

Роли матери и сестры главного героя «сыграла» жена Роберта Земекиса — Лесли Хартер Земекис.

Фильм вошёл в Книгу рекордов Гиннесса как первый фильм, где вся игра актёров передана оцифровкой реальных людей.

Том Хэнкс «играет» пять ролей в этом фильме: мальчик-главный герой, его отец, проводник, Дух Рождества и Санта Клаус.

Адрес, который называет кондуктор в самом начале фильма, — реальный адрес дома, где жил в детстве Роберт Земекис.

В сцене, где главный герой дёргает за паровозный гудок, он говорит: «Я мечтал об этом всю жизнь!». То же самое делает Эммет Браун в другом фильме Роберта Земекиса «Назад в Будущее 3» (1990).

Паровоз, который тянет Полярный экспресс, смоделирован с реально существующего паровоза «Pere Marquette 1225», который хранится в железнодорожном институте города Овоссо, штат Мичиган. Сотрудники Skywalker Sound специально приезжали в Овоссо записывать его звуки (стук колес, выпуск пара, свист...). Этот паровоз 1941 года постройки, планировалось пустить на слом в 1951 году. Однако в 1957 году он был приобретен Университетом штата Мичиган и выставлен на территории кампуса. В 1971 году группа энтузиастов начала восстановление локомотива до рабочего состояния. Восстановление было завершено в 1985 году, и в 1988 году этот паровоз стал таскать экскурсионные поезда.

Вид города Санта-Клауса на северном полюсе отсылает к истории американских железных дорог. Архитектура зданий на площади в центре города основана на архитектуре зданий завода Пульмана, который находится в окрестностях Чикаго. Центр управления завода Санта-Клауса смоделирован на основе интерьера вокзала Pennsylvania Station, расположенного в Нью-Йорке.

В сцене, где эльфы исполняют песню «Rockin' On Top of the World», один из эльфов имеет внешность Стивена Тайлера, солиста группы Aerosmith.

В сцене в вагоне с брошенными игрушками есть кукла Эбенейзера Скруджа, героя рассказа «Рождественская история» Чарльза Диккенса. Спустя пять лет с момента выхода этой картины, Роберт Земекис снял фильм «Рождественская история» с Джимом Керри в главной роли. Внешность у Эбенейзера такая же как и у куклы в этом фильме.