В качестве консультанта по церковным вопросам выступил специалист по истории старообрядчества Глеб Чистяков.
Съёмки фильма начались в октябре 2009 года на «Мосфильме». Там были созданы декорации Грановитой и Крестовой палат, царские покои, патриаршие палаты. За ними последовали съёмки в усадьбе Коломенское.
В феврале 2010 года съёмки проходили в Ярославской области. Так, Ростовский кремль послужил декорацией кремля Московского, а церковь Иоанна Богослова на Ишне в селе Богослов подошла для создания образа XVII века.
В марте и апреле 2010 года съёмки проходили в Кандалакше. На берегу Кандалакшского залива на Монастырском наволоке были созданы декорации исчезнувшего города Пустозерска, где в земляной тюрьме протопоп Аввакум провёл 14 лет. В районе населённого пункта Белое Море снимались Мезень и Тобольск. От съёмок в настоящем Пустозерске пришлось отказаться — следов города почти не осталось, а добираться туда сложно.