影片根据真实故事改编而成。1985年以前，可可西里生活着大约100万只高原动物藏羚羊，不过随着藏羚羊绒的价格暴涨，可可西里爆发了对藏羚羊的血腥屠杀。
从1993年起，可可西里周边地区的藏族人和汉族人在队长索南达杰的领导下，组成了一支名为野牦牛队的巡山保护队，志愿进入可可西里进行反盗猎行动。在前后5年多的时间中，两任野牦牛队的队长索南达杰和扎巴多杰先后牺牲。
陆川看到民间巡山保护队的故事后，他觉得这个线索非常适合拍成一部电影。陆川不仅是《可可西里》的导演，还亲自负责剧本的创作，这期间他多次跟随可可西里当地的巡山队员进入无人区巡逻，和巡山队生活过一段时间后，再看自己的剧本，陆川忽然觉得剧本和现实生活相差得那么远，而陆川最迫切要表达的就是真实，所以陆川对剧本改了又改，到第8遍时，终于觉得可以拍了。
