Film je snimljen kamerama, tehnikama i produkcijskim rješenjima prvi put razvijenima posebno za ovaj film. Uzbuđenje koje prati njegovu premijeru odavno je nadišlo krug Nolanovih obožavalaca i poznavalaca antičke književnosti. Nolan je tokom karijere prevrtao kamione, rušio avion i gradio cijele gradove, pa nije bilo realno očekivati da će se pred Odisejevim putovanjem, olujama, bogovima i čudovištima odjednom zadovoljiti zelenim platnom. Film je sniman na otvorenom moru, u pećinama, na planinama i udaljenim ostrvima, uz hiljade statista i scenografiju izrađenu u prirodnoj veličini.
"Odiseja" je prvi dugometražni igrani film čiji je svaki kadar zabilježen IMAX filmskom kamerom. Za prosječnog gledaoca to znači da će vidjeti više neba, mora, krajolika i prostora oko glumaca, a slika će ispunjavati cijelo vidno polje. Puni analogni IMAX format može prikazati samo nekoliko desetina kina na svijetu, a prema podacima objavljenim uoči premijere, svega 41 dvorana ispunjava uslove za prikazivanje filma u verziji najbližoj onome što su snimili Nolan i direktor fotografije Hojte van Hojtema.
Razlog zbog kojeg ovakav pristup prije nije bio moguć nije samo tehnički kvalitet slike, nego i sama priroda IMAX kamera: velike su, teške i veoma glasne, toliko da ih je Met Dejmon uporedio s blenderom. Zbog toga je za "Odiseju" razvijena nova, lakša i tiša generacija kamere (Keighley), uz posebno zvučno izolovano kućište koje je omogućilo snimanje dijaloga na setu. To je, međutim, donijelo nove izazove. Kamera je postala toliko glomazna da u nekim scenama nije mogla stati između glumaca, pa su korištena ogledala kako bi mogli gledati jedno drugo dok kamera stoji između njih.
Produkcija je trajala 91 dan u šest zemalja, uz više od 600 kilometara potrošene filmske trake i budžet od oko 250 miliona dolara. Snimanje na traci zahtijevalo je i posebnu komplikaciju: jedna kaseta traje oko dvije i po minute, pa su glumci često morali prekidati scene, čekati zamjenu trake, a zatim se vratiti u isti emocionalno nabijen trenutak.
Takođe, produkcija je izgradila veliki fizički model Trojanskog konja koji je postavljen na pravu plažu.
Tom Holand opisao je svoj prvi dolazak na snimanje u Maroku kao šetnju kroz istorijsku rekonstrukciju. Pola sata prolazio je pokraj vojnika, brodova i scenografije, a nigdje nije mogao pronaći uobičajene znakove filmskog seta. Sve je bilo izgrađeno i raspoređeno tako da svijet ispred kamere funkcionše kao cjelina. Met Dejmon objasnio je sličan pristup riječima da su, kada je Nolan želio 1.000 ljudi u kadru, dovodili 1.000 ljudi, a kada je želio brodove u pozadini, na lokaciji su se nalazili pravi brodovi. Digitalni efekti korišteni su za spajanje i dovršavanje slike, dok su njen glavni dio činili stvarni ljudi, plovila, kostimi, građevine i krajolici.
Velik dio pomorskih scena sniman je na otvorenom moru, gdje Nolan nije mogao kontrolisati valove, vjetar, kišu i vremenske promjene. Jedna od najzahtjevnijih sekvenci snimana bila je na drvenom brodu dugom oko 35 metara uz škotsku obalu, dok su glumci, statisti i članovi ekipe satima radili na nemirnom moru.
Nolan je želio da kamera zabilježi stvarnu nestabilnost, umor i nelagodu ljudi na palubi i, kako kaže, neki od spontanih trenutaka nastalih tokom tog veoma teškog dana završili su među njegovim omiljenim kadrovima u filmu. Dejmon je cijelo snimanje opisao kao fizički najzahtjevniju produkciju na kojoj je učestvovao.
