Reżyserię filmu objął rosyjski reżyser Aleksandr Ptuszko, który dzięki filmom Nowy Guliwer (1935), Złoty kluczyk (1939), Czarodziejski kwiat (1946) i Sadko (1953) zdążył już zyskać reputację jednego z czołowych filmowych gawędziarzy w ZSRR.
Film przedstawia półfikcyjny azjatycki lud, „Tugarów”, jako wrogów Rusi, zamiast prawdziwych Tatarów, o których mowa w bylinach. Najprawdopodobniej historycznym pierwowzorem tego ludu były koczownicze plemiona kultury tagarskiej, zamieszkujące tereny Kotliny Minusińskiej w Kraju Krasnojarskim. Możliwe jest również, że nazwa tego ludu pochodzi od imienia jednego z antagonistów bylin, . Przywódca Tugarów nazywa się Kalin, a pod tym pojawia się w bylinach przywódca Złotej Ordy.
Pomimo baśniowego charakteru, Trójgłowy smok wyróżniał się dbałością o historyczną i etnograficzną dokładność w szczegółach. Zasługa ta w dużej mierze należała kostiumografce Oldze Kruczininie. Według Ałły Oleniowej, archiwistki Mosflim, Kruczinina była mistrzynią rzemiosła, która podchodziła do swojej pracy z najwyższą odpowiedzialnością. „Bardzo poważnie traktowała produkcję tego, co robiła.