La veuve de Stanley, Christiane, approche alors Warner et offre un ticket imparable pour l'été 2001 : une production Kubrick, une réalisation Spielberg. Le cinéaste vient d'emporter son deuxième Oscar du meilleur réalisateur pour le hit estival surprenant Saving Private Ryan. Sinon le projet disparaïtrait dans les archives...
Petit miracle, Steven Spielberg écrira le scénario, une première depuis Rencontre du Troisième type, en 77. Les dessins futuristes de Chris Baker sont conservés pour donner les directives artistiques du film. Le tournage sera d'ailleurs gardé secret afin de ne pas dévoiler aux médias l'apparence visuelle de A.I. Si l'on met à part cette collaboration de pré-prod, le film n'a été conçu qu'à deux. Kubrick et Spielberg s'envoyaient eux même leur fax, que seuls eux connaissaient. Spielberg a préféré écrire le script tout seul. Il a refusé tous les autres projets, y compris Harry Potter durant ce temps là. Il a décalé Minority Reports avec Tom Cruise ou Geisha. Ensuite, il a réuni son équipe habituelle : monteur, chef op, musicien et même producteurs. Le plateau de tournage créé des décors virtuels. Spielberg avait un oeil sur tout : maquillage, objets, costumes... Chacune des trois parties devait se distinguer, y compris esthétiquement. La production décida de conserver le tournage le plus secret possible. Bizarrement, c'est le nounours Teddy qui fut le plus complexe des effets spéciaux, notamment parce qu'il est souvent à l'image. Sinon, le parti pris de faire la plupart des décors en images de synthèse permettait de délirer plus sur l'écran que si les décors avaient été construits en studio.
Le tournage a commencé le 17 août 2000 et se concentre essentiellement à Los Angeles et environs. Il s'achèvera 3 mois plus tard, le 18 novembre.
A noter que la séquence de le Flesh Fair a été tourné dans l'immense hangar du Spruce Goose Dome de Long Beach; c'est le groupe "métal" Ministry qui anime la performance musicale très "hard".