В основу фильма легли реальные исторические события и факты из биографии флотоводца Александра Колчака и художницы Анны Тимирёвой. Они познакомились в 1915 году в нынешнем Хельсинки, куда перевели служить мужа Анны Васильевны — капитана 1-го ранга. На одном из дружеских вечеров она встретилась с Колчаком и, несмотря на то, что оба были несвободны, у них завязались романтические отношения. Через несколько лет Тимирёва развелась с мужем и уехала к возлюбленному — он находился тогда в Омске в статусе Верховного правителя России.

Вместе с Колчаком Анна прошла все тяготы военного времени и когда большевики пришли арестовывать лидера белогвардейского движения — добровольно пошла вместе с ним со словами: «Арестуйте и меня. Я не могу без него жить». Александр Колчак был расстрелян в 1920 году, Анна Тимирёва за связь с белым движением провела в лагерях, ссылках и тюрьмах около тридцати лет… Была реабилитирована в 1960-м году, жила в Москве. Работала консультантом по этикету на съемках фильма «Война и мир» Сергея Бондарчука, сыграла там эпизодическую роль пожилой дамы с лорнетом, но сцена с её участием сохранилась только в киноверсии.

Со сценаристами фильма сотрудничал актёр Александр Домогаров и на момент написания сценария рассматривался как главный претендент на роль Колчака. Домогаров готовился к роли, изучал документы, предлагал свои идеи по поводу образа знаменитого адмирала, но съёмки на тот момент заморозили. Когда работа возобновилась — от кандидатуры актёра отказались, пригласив на роль Константина Хабенского как более подходящего по типажу. Перед самым началом съемок произошла ещё одна замена. На роль генерала Каппеля был утверждён Владислав Галкин, но он сломал ногу на съёмках сериала «Диверсант» и генерала «передали» Сергею Безрукову.

Батальные сцены фильма снимали в Санкт-Петербурге. В роли действующего боевого корабля снялся знаменитый крейсер «Аврора». На его борту съёмочная группа поставила пушки из арсенала военно-морского флота, и несколько дней набережные сотрясались от постоянных залпов орудий. В съёмках участвовало около 200 настоящих матросов, проходящих срочную службу на флоте. Для массовых сцен было сшито около 300 костюмов — мундиры русской, японской, немецкой, китайской и чешской армии и все знаки отличия. Для Колчака было сшито несколько вариантов офицерской формы.

В фильме звучит песня «Анна» в исполнении Виктории Дайнеко. Стихи к этой песне были написаны Анной Тимирёвой в 1970 году. Это стихотворение без названия было посвящено главной любви всей её жизни Александру Колчаку спустя полвека после его смерти. Так же в фильме исполняются специально написанные песни «Вопреки» в исполнении Валерия Меладзе и «Мой адмирал» в исполнении группы «Любэ». Могла бы прозвучать, но не вошла в окончательный саундтрек песня Константина Кинчева «В путь».

После премьеры разгорелись споры о достоверности показанных событий, но создатели неоднократно говорили, что они не претендуют на точное воспроизведение истории. Режиссёр фильма делал акцент на том, чтобы «показать большевиков — без упрощений, и белых — без идеализации». Главным для создателей «Адмирала» была психологическая составляющая всех персонажей. Однако исторический консультант фильма Александр Дерябин попросил свою фамилию в титрах не указывать…