«Атомну білявку» створили за графічною новелою Антоні Джонстона «Найхолодніше місто» (2012 р.). Спочатку і сам фільм мав таку назву, проте згодом його перейменували. 

Режисером кінострічки став Девід Літч, це його перший проєкт як режисера. До того він був каскадером, а в «Джоні Віці» (2014 р.) спробував себе як другого постановника. Головну роль у «Атомній блондинці» виконала Шарліз Терон, відома за роботою у «Адвокаті диявола» (1997 р.), «Монстрі» (2003 р.), який приніс їй «Оскар» за «Найкращу жіночу роль», «Божевільному Максі: Дорога люті» (2015 р.). Як продюсер вона займалася розробкою цього проєкту впродовж п’яти років. Акторка пройшла інтенсивну фізичну підготовку, готуючись до ролі, у чому їй допомагали вісім персональних тренерів, а також Кіану Рівз, який у той час готувався до зйомок «Джона Віка 2» (2017 р). Попри це на знімальному майданчику Терон зламала два зуби. Також у фільмі зіграли Джон Гудман («Бартон Фінк» (1991 р.), «Великий Лебовські» (1998 р.), «Артист» (2011 р.), Софія Бутелла («Вуличні танці 2» (2012 р.), «Kingsman. Секретна служба» (2015 р.). Джеймс МакЕвой («А в душі я танцюю» (2004 р.), «Спокута» (2007 р.), «Бруд» (2013 р.) зламав руку на зйомках іншого фільму ще до того, як були зняті усі епізоди «Атомної білявки» з його участю. Це значно ускладнило участь актора в екшн-сценах. Цікаво, що раніше він і Тобі Джонс раніше знімались у фільмах Marvel, МакЕвой в ролі професора Чарльза Ксав’єра з франшизи про Людей Ікс, а Джонс – Арніма Золи зі всесвіту Месників.

Знімали фільм у Будапешті і Берліні. Кінострічка увійшла до програми кінофестивалю «На південь через південний захід» – 2017.

Головною героїнею «Атомної білявки» є агентка Секретної розвідувальної служби Великобританії Лоррейн Бротон. Вона одна з найкращих у цій професії. Лоррейн вміє добувати будь-яку інформацію за допомогою своєї запаморочливої краси, неймовірного розуму і фізичної підготовки. Тепер вона одна в небезпечному Берліні часів Холодної війни повинна розслідувати вбивство агента Гаскойна. Але кожна людина, яка стає близькою Лоррейн, помирає. Хтось її викриває, і вона повинна зрозуміти, хто це робить.