Zdjęcia do filmu "Kosmiczni Kowboje" rozpoczęto w połowie lipca 1999 i zakończono w październiku. Realizowane były głównie w Los Angeles i okolicach (Saugus, Agua Dulce, Canyon Country, March Air Force Base i Victorville). Następnie ekipa przeniosła do obiektów NASA, Johnson Space Center w Houston w stanie Teksas oraz Kennedy Space Center na Przylądku Canaveral na Florydzie.
Reszta zdjęć powstała w studiach wytwórnii Warner Bros. w Burbank, w Kalifornii, w których zrekonstruowano wnętrze promu kosmicznego, rosyjskiego satelity Ikon oraz innych statków (od bombowca B-l do pierwszych eksperymetalnych modeli), a także symulator lotu.
Nad konstrukcją dekoracji czuwał nagrodzony Oskarem scenograf Henry Bumstead ("Żądło", "Zabić drozda"). Warto zauważyć, że na planie powstała pierwsza i najbardziej wierna oryginałowi replika nowego Centrum Kontroli Lotów z Houston, z ogromnym ekranem jaki wykorzystuje się przy prawdziwych lotach.
W Johnson Space Center w Houston zrealizowano sceny treningów, identycznych jak te, którym poddani są astronauci udający się w podróż kosmiczną. Aktorzy trenowali w symulatorze statku, symulatorze kabiny sterującej statku, pomieszczeniu wirtualnej rzeczywistości oraz laboratorium testującym zdolność utrzymywania się na powierzchni wody.
Aby film jak najlepiej oddawał rzeczywistość, ekipa "Kosmicznych Kowbojów" wybrała się do Kennedy Space Center na Przylądku Canaveral na Florydzie, gdzie sfilmowano Vehicle Assembly Building - główny budynek Centrum Kosmicznego na Florydzie, miejsce startu oraz lądowania wszystkich lotów realizowanych przez NASA. Podobnie jak prawdziwi astronauci, Eastwood, Jones, Sutherland i Garner żegnali przyjaciół i członków rodziny ubrani w autentyczne kombinezony, oczekując na transport do miejsca z którego na orbitę wylatuje prom kosmiczny.
"Chciałem nakręcić wiarygodny film" - wyjaśnia Eastwood. "Aby tego dokonać, potrzebowaliśmy pomocy NASA. To jest skomplikowany proces, który wymaga skrupulatnego planowania i pracy zespołowej. Ekipa naszego filmu zapewne nie raz przyprawiła NASA o ból głowy, mimo to Agencja była dla nas bardzo uprzejma. Jestem zadowolony z wyników naszej współpracy."
W filmie musiały się również znaleźć sceny ukazujące stan nieważkości, co było przyczyną kolejnych symulacji, którym musiała poddać się obsada.
"Robiliśmy to w każdy możliwy sposób” - mówi Tommy Lee Jones. “Zwisaliśmy z sufitu, staliśmy dookoła przytrzymując się ścian, jak gdyby starając się powstrzymać samych siebie przed odpłynięciem. Nie obyło się bez długopisów i spinaczy unoszących się w powietrzu dzięki zawieszeniu ich na linkach z pojedynczych włókien, siadaliśmy też na małych stołkach z kółkami, dzięki którym mogliśmy poruszać się we wszystkich kierunkach. To żadne wyzwanie dla aktora, jego zadaniem jest stać w odpowiednim miejscu i od czasu do czasu przyjmować nowe pozycje, ale dla całej ekipy jest to ogromny wysiłek. Jednak istnieje szansa, że przy pomocy tych kombinacji, uda się stworzyć wrażenie stanu nieważkości".
Eastwood: “Myślę, że poszło nam nieźle. Wykorzystaliśmy każdą sztuczkę: od aktorów unoszących się w powietrzu i sprawiających wrażenie rozluźnionych, do sadzania ich na specjalnej poruszającej się ławeczce lub też na stole, po którym można się ślizgać.”
Efekty wizualne stworzone na potrzeby "Kosmicznych Kowbojów" zrealizowano w Industrial Light & Magic. Wymagały one wykorzystania zarówno technik tradycyjnych jak i najbardziej zaawansowanych. W wielu sekwencjach rozgrywających się w kosmosie wykorzystano miniatury promów kosmicznych fotografowanych przy pomocy kamery filmowej. Tło oraz modele "astronautów" stworzono przy pomocy komputerów.
