Autorem zdjęć do Zimnej wojny był Łukasz Żal, który przedtem współpracował z Pawlikowskim przy kręceniu filmu Ida. Podobnie jak w przypadku poprzedniego filmu reżysera, Żal nakręcił obraz w odcieniach szarości. Początkowo rozważał wraz z Pawlikowskim zrobienie Zimnej wojny w kolorze, jednak obaj zdali sobie sprawę, że „czerń i biel dodadzą filmowi uroku. To działa znacznie lepiej niż wyprane kolory, przywodzące na myśl stare radzieckie kino. Zresztą Polska w latach 50. i 60. była szara, chcieliśmy z tego czerpać”.
Okres zdjęciowy rozpoczął się w listopadzie 2016 roku. Zdjęcia do filmu kręcono między innymi w pałacu rodziny Małachowskich w Białaczowie koło Opoczna (siedziba zespołu „Mazurek”), przy ulicy Romualda Traugutta w Łodzi (ulica w Paryżu), w willi Leona Allarta przy ul. Wróblewskiego 38 w Łodzi (klatka schodowa), w Grand Hotelu w Łodzi (klub l’Eclipse, Cafe Select), na terenie ośrodka wypoczynkowego Buk w Rudach Raciborskich (muszla koncertowa), w ruinach świątyni z 1806 roku w Kniaziach i Nowosiedlinach. Łącznie proces kręcenia Zimnej wojny trwał 66 dni zdjęciowych. Budżet filmu wyniósł około 22 milionów złotych (4,3 miliona euro).