Die Konstruktionssitzungen für die Serie fanden am Biwa-See statt, wo Regisseur Ishihara Tatsuya, Serienregisseur Yamamoto Yutaka, Autor Tanigawa Nagaru, Komponist Kajiura Satoru (Kamise Satoru) und Art Director Tamura Seiki gemeinsam die Nacht durcharbeiteten, um ein einheitliches Verständnis der Figur Haruhi zu entwickeln.
Sowohl Regisseur Ishihara als auch Autor Tanigawa hegten anfangs Zweifel, ob sich der Roman überhaupt für eine Adaption eignet, da sein Reiz stark an der literarischen Erzählweise hänge; erst der Fokus auf Kyons Monolog überzeugte das Team.
Die berühmte 'Shuffle-Ausstrahlung', bei der die Episoden der ersten Staffel nicht chronologisch gezeigt wurden, geht auf einen spontanen Vorschlag von Autor Tanigawa beim ersten Treffen zurück, der meinte, man müsse die Reihenfolge nicht einhalten.
Die für Staffel 1 ursprünglich geplante zweite Staffel wurde am 18. Dezember 2007 offiziell abgesagt und stattdessen die 'Version 2009' mit 14 neuen zusätzlichen Folgen angekündigt, in der zuvor ausgelassene Episoden wie 'Bamboo Leaf Rhapsody', 'Endless Eight' und 'Sighs of Haruhi Suzumiya' nachgeholt wurden.
Für die Folge 'Live Alive' wurden die Finger- und Handbewegungen der Gitarristen und Bassisten per Rotoskopie-Technik nachgebildet, da unter den Animatoren niemand Instrumentenerfahrung hatte; zudem wurde Haruhis singendes Gesicht während der Aufnahmesession der Sängerin Hirano Aya gefilmt und als Vorlage genutzt.
Bei der Folge 'Endless Eight', die acht fast identische Episoden umfasst, wurden trotzdem für jede Folge komplett neue Synchronaufnahmen gemacht und Animation, Regie sowie Dialoge jedes Mal leicht verändert; die acht Folgen wurden parallel von unterschiedlichen Teams bearbeitet, die bewusst nichts von den Ergebnissen der anderen sehen sollten.
Serienregisseur Yamamoto Yutaka entschuldigte sich 2009 auf der US-Convention Otakon öffentlich im Namen des Produktionskomitees für das Konzept von 'Endless Eight', da er selbst gegen die Mehrfach-Episoden-Struktur gewesen sei, zog diese Aussage aber später zurück, da er zu diesem Zeitpunkt das Studio bereits verlassen hatte.
Synchronsprecherin Kayano Ai (Nagato) schaute sich zur Vorbereitung auf ihre Rolle den Film 'Terminator 2' an, um ein Gefühl für die emotionslose Figur Nagato zu bekommen.
In der Episode 'Sasa no Ha Rhapsody'-Vorläuferfolge 'Die Abenteuer der Mikuru Asahina Episode 00' sollte bewusst ein laienhafter Amateurfilm-Look erzeugt werden; dafür mussten die Synchronsprecher absichtlich schlecht spielen, was Regisseur Ishihara als besonders schwierig empfand, und es wurden absichtlich 'verhunzte' Layouts verlangt, was es zuvor nie gegeben hatte.
Komponist Kamise Satoru schrieb für 'Endless Eight' konzeptionell acht unterschiedliche Musikstücke für die acht Episoden, obwohl letztlich nicht alle verwendet wurden.
Für die Liveband-Szene in 'Live Alive' wurden professionelle Musiker engagiert: Gitarrist Nishikawa Susumu sollte für Nagato technisch besonders anspruchsvoll spielen, während Schlagzeuger Odawara Yutaka und Bassist Taneda Ken bewusst einfacher spielen sollten, um normale Oberschülerinnen darzustellen.
Die Episode 'Der Tag des Schützen' enthält zahlreiche Anspielungen auf die Anime-Serie 'Space Battleship Yamato', die Regisseur Ishihara zu dieser Zeit sehr mochte, etwa eine Spielverpackung mit einer Figur, die Kapitän Okita Juzo ähnelt, und der Oberschurke, der wie Admiral Desslok aussieht.
Die Endsequenz 'Hare Hare Yukai' mit dem sogenannten 'Haruhi-Tanz' wurde durch zahlreiche Nachtanz-Videos auf Nico Nico Douga zu einem viralen Phänomen und gilt als Vorläufer des späteren 'Odotte Mita'-Trends (Nachtanz-Videos) in der japanischen Popkultur.
Die Serie gilt als Wendepunkt für Streaming von Anime im Internet: Raubkopien erreichten auf YouTube schnell über 100 Millionen Aufrufe und trugen mit dazu bei, dass die Anime-Industrie begann, offizielle Online-Vertriebswege aufzubauen.
Die reale Oberschule, die als Vorbild für die im Anime gezeigte 'Kita High School' diente, ist die Nishinomiya Kita High School in Hyogo, die Heimatschule des Romanautors Tanigawa Nagaru; wegen zu vieler Fan-Besucher musste die Schule öffentlich bitten, dass Unbefugte das Gelände nicht betreten.
