Первоначально планировалось снять один фильм, но когда хронометраж превысил полтора часа, было принято беспрецедентное решение: киностудии разрешили снять два фильма и увеличили финансирование. На съемки двух частей выделили аж 1,5 миллиона рублей, и даже с учётом того, что потом всё-таки сократили на 600 тысяч, это огромные деньги для советского кино.
В фильмы вошли все отснятые материалы, его не резали и не сокращали, как было привычно для тех времен.
Подросткам, которые снимались в «Отроках во вселенной» и в «Москва-Кассиопея», было по 13-14 лет. Все они учились в школе и никто не освобождал их от занятий, когда велись натурные съемки в Крыму, ходили пешком в местную школу несколько километров. Платили актерам-подросткам 100 руб. в месяц.
В фильме снялись звезды советского кино, правда Смоктуновского пришлось очень долго уговаривать, прежде чем он дал свое согласие на участие в съемках, а Дуров относился к «Кассиопее» весьма скептически и не верил в ее успех.
После оглушительного успеха «Отроков во вселенной» и «Москва-Кассиопея» Сергей Михалков быстро подсуетился и снял свой фильм под названием «Большое космическое путешествие». Что самое неприятное, Михалков использовал и декорации и костюмы, но это не помогло «путешественникам» повторить успех «Кассиопеи».
Учёные и писатели-фантасты, которым устроили предпремьерный показ, раскритиковали фильмы в пух и прах. Крики о том, что это антинаучная фантастика, что в фильмах очень много абсурдных вещей, не только с научной точки зрения, но и элементарной логики, утихли только после вмешательства Бориса Стругацкого. Авторитет Стругацкого был таков, что все возражения были сняты и фильму был дан зеленый свет.
Для достоверности съемок в невесомости была создана огромная конструкция, над которой бился инженер-конструктор, ветеран Ялтинской киностудии Валерий Павлотос. Именно он придумал и реализовал «невесомость в кадре», за которую западные киностудии были готовы платить огромные деньги.
18-метровый коридор звездолета вращался вокруг своей оси, как барабан револьвера. При вращении пол коридора вместе с закрепленной кинокамерой «уезжал» вверх на стену, стена смещалась на потолок и так по кругу. С помощью монтажных перебивок, клея на ботинках и корсетах, удалось снять трехминутное видео, в котором была сымитирована «невесомость» не для одного человека, как у Кубрика, а сразу для трех! Волосы актеров, выдававшие земную гравитацию, прикрыли тончайшей сеточкой.
Впоследствии шведы оборвали все студийные телефоны с просьбами предоставить им раскадровку и планы суперконструкции в которой снималась невесомость.
Специалисты-астрономы посоветовали режиссеру изменить название фильма. Дело в том, что некогда в созвездии Кассиопеи произошел взрыв, поэтому теоретически лететь туда было невозможно. В качестве достойной замены ученые предложили киношникам звезду Тау. Однако режиссёр картины Ричард Викторов настоял на Кассиопее.
Фильм снимали на студии Горького в самом большом павильоне, а для работы на натуре ездили в Ялту. Что же касается знаменитых инопланетных пейзажей, то их снимали под Керчью на территории находящегося там закрытого военного полигона. Вся земля там была изрыта воронками от снарядов, а чудовищная концентрация соли на почве создавала совершенно фантастический эффект. Все трюки выполнялись без дублеров самими ребятами.
Чтобы отличаться от земных детей. Надо было, чтобы он очень отличался. Вот и все. Во всяком случае, таково было объяснение Ричарда Викторова. И никакой идеи с отращиванием волос изначально не было! Этой сцены вообще не было в сценарии. Вадиму Ледогорову, исполнителю роли Агапита, приходилось терпеть насмешки в школе, косые взгляды на улице и носить дурацкую кепку даже летом, потому что лысая мальчишеская голова в то время выглядела несколько странно.
