二十世纪六十年代的时候美苏争霸，中国参与其中并提出了红岸计画，军方探寻外星文明的绝密计画“红岸工程”取得了突破性进展，一位名叫叶文洁（张静初饰）的天体物理学家以太阳为天线向宇宙发出了信号，信息以光速向宇宙深处飞驰，但历经劫难的叶文洁没有意识到，她彻底改变了人类的命运。三颗无规则运行的太阳主导下的百余次毁灭与重生逼迫三体文明逃离母星，这时他们收到了地球的信息。叶文洁在8年后收到了来自三体人的回覆，她回复了三体人并引来了三体人对地球的侵略。在运用超技术锁死地球人的基础科学之后，一场未来的浩劫摆在人类面前。

该片改编自刘慈欣创作的小说《三体》，故事以叶文洁开启三体与地球联繫为主线，重点描绘红岸基地与三体星系；编剧们在创作过程中加入了一些感情线及科幻场景的描写，剧本在经过20余次修改后得到认可；从剧本创作到开拍历时4年之久。

影片筹备阶段，特效团队VHQ提前介入并全程跟组；为了设计电影中的道具，他们多次开会讨论，如纣王大殿观星台浑天仪的材质经过反覆的推翻与重建，用了将近数月时间来打造，在光影效果上进行微调。

投资人孔二狗经过40余次会面之后确定了导演的人选，2009年时张番番已接下电影版《三体》这个项目，除了细读系列小说外做了很多分析；2013年9月影片在广电总局公示立项信息。

2015年2月9日，导演张番番发布在东北取景的图片；3月18日，电影在小兴安岭正式开拍；剧组先是在小兴安岭、北京等多地实景拍摄，然后用真实模型搭建，外加特效製作出“红岸基地“、”雷达峰“等建筑；为求呈现大刘想像的画面，多次徵询作为监製参与的刘慈欣意见；实拍部分于同年7月底全部杀青。

2015年7月，影片转入后期製作阶段。该片后期製作和特效占全片90%，电影的创作班底每天工作超过15个小时。

世界观庞大：小说《三体》三部曲创造了一个极为庞大的世界，第一部讲了三颗恆星不停做不规则的三体运动，一颗行星因为引力变换不断被某颗恆星捕获，于是行星上的“三体人”文明一次次惨遭毁灭。

情节複杂：大刘曾明确表示不直接参与《三体》电影的製作，他说他也不知道这个电影该怎幺拍，能参与的也就是剧本策划，但他也不知道这个剧本该怎幺策划。

场面恢弘：在第一部里，三体人把一个质子从11维中的9维不断展开，最后变成了展开后是一个平面的2维质子，这个平面包裹住了整个星球，然后科学家们就在星球表面刻下电路，最后2维的这个电路板又回到了11维。

后期合成：电影的光特效镜头预计达1700个，基本超出大部分电影成片所有镜头总和，可能是中国有史以来特效量最大的电影。

2014年10月，发布“三体电影”官方微博，同年11月在游族影业成立仪式上公布系列电影将拍摄成六部曲，表示单片投资约2亿元并无上限追加，原着作者刘慈欣担纲影片监製，同时宣布周边产品已进入开发阶段。

2015年1月21日，製片方游族影业正式开放了为三体冬粉和科幻迷搭建的网路平台“三体社区”，邀请科幻创作工作者和电影幕后主创等入驻和参与互动；同时作为官方社区发布关于电影拍摄、製作和宣传过程中的第一手资料。

2015年4月22日，《三体》电影于北京召开媒体发布会，官方宣布影片将定档2016年7月，并首次发布了电影Logo，以及通过“红岸基地委员会”任命通知书公布了14位演员及其角色。

2015年5月，三体社区发布了坐标为中国上海外滩的“很高兴遇见你”之三体主题餐厅；6月，游族影业在上海电影节上表示该系列电影除差不多同时开始製作的游戏项目、还有仍未确定导演的网剧项目；6月7日，电影《三体》发布首款先导海报：“红岸基地”。

2016年1月14日，电影《三体》发布了第三款官方海报——“敬虫子”版静态海报和特别製作的H5版海报。

2016年6月，上海游族影业遭遇人事变动，游族影业的孔祥照离职，导致整个组织架构面临巨大调整，《三体》暂缓上映。