Для Романа Качанова как режиссёра эта картина стала четвёртым мультфильмом, выполненным в технике традиционной рисованной мультипликации. 

Работа над «Тайной третьей планеты» продолжалась четыре года и по словам создателей не была простой. Изначально режиссер хотел использовать специальную технику – так называемый "эклер", когда актёров сначала снимали, а потом переносили на бумагу, но позже отказался от этой идеи и решил сделать мультфильм в традиционной анимации. 

Внешний вид героев придумывала художница Наталья Орлова. Прообразом Алисы Селезневой послужила ее дочка ― Екатерина Семенова. 

Озвучивали героев звезды кино: Всеволод Ларионов (профессор Селезнев, птица Говорун), Василий Ливанов (Громозека), Рина Зеленая (Колина бабушка).

«Тайна третьей планеты» получила Государственную премию СССР и по праву считается одним из лучших советских мультфильмов. 

В 2019 году «Союзмультфильм» оцифровал кинопленку в сверхвысоком разрешении 4К. Специалисты провели стабилизацию изображения, шумоподавление и цветокоррекцию, очистили картинку от следов пыли на пленке. Таким образом, всеми любимый мультфильм вновь вернулся на большие экраны.