L'écrivain Akiyuki Nosaka avait rejeté plusieurs offres d'adaptation en prises de vues réelles, estimant qu'il était impossible de recréer le décor dénudé et ravagé des temps de guerre et que les enfants contemporains ne pourraient pas jouer les rôles de manière convaincante ; il a été surpris quand une adaptation animée lui a été proposée à la place.

L'histoire est semi-autobiographique : Nosaka a perdu sa maison lors du bombardement de Kobe en 1945 à l'âge de 14 ans et s'est réfugié avec sa jeune belle-sœur près du lac Niteko-ike, mais en réalité sa mère adoptive a survécu et le personnage de sa « sœur » était basé sur sa sœur réelle qui est morte de malnutrition après qu'il l'ait négligée, contrairement au frère dévoué dépeint dans l'histoire.

La fin de la nouvelle originale a été modifiée avant la publication, supprimant un dernier paragraphe décrivant des lucioles essaimant autour des os abandonnés de la sœur, après une critique du jury du prix Naoki, Chōgorō Kaionji, affirmant que la fin était trop vieillotte.

Le nom « Setsuko » a été emprunté au vrai nom de la mère adoptive décédée de Nosaka, qui était aussi le nom de son premier amour d'enfance.

La Tombe des Lucioles a été présentée en salles en même temps que Mon Voisin Totoro car Totoro seul était prévu comme un long-métrage de 60 minutes trop court pour une sortie autonome ; les deux films ont finalement duré environ 90 minutes chacun après une production parallèle.

Le Studio Ghibli n'avait jamais produit deux longs-métrages simultanément auparavant, ce qui a surtout mis à l'épreuve son réservoir limité d'animateurs de haut niveau ; un point majeur de contention était de sécuriser l'animateur réalisateur Yoshifumi Kondō, que Takahata considérait comme une priorité absolue de recruter pour son équipe.

Parce que la colorisation n'a pas pu être terminée à temps, le film est sorti en salles en avril 1988 avec certaines scènes, comme Seita se faisant attraper en volant des légumes, laissées sous forme de dessins en trait non colorisés ; celles-ci ont été terminées et remplacées après la sortie en salles.

Dévasté par la sortie théâtrale inachevée, le réalisateur Isao Takahata a envisagé d'arrêter la réalisation en animation, revenant plus tard en 1991 avec Only Yesterday après les encouragements de Hayao Miyazaki.

Pour le rôle de Setsuko, un casting recherchait une enfant actrice du même âge que le personnage parlant le dialecte du Kansai ; l'enfant de cinq ans Ayano Shiraishi a été choisie, et le producteur Muraze aurait exclamé « Setsuko existe ! » en entendant sa bande sonore de teste pour la première fois.

Le film a utilisé l'enregistrement préalable (l'enregistrement des dialogues avant la fin de l'animation) au lieu de la méthode habituelle du post-doublage, afin que le timing naturel, l'accent et la respiration de Shiraishi puissent façonner l'animation ; le personnel a parfois demandé à Shiraishi de répéter les répliques 20 à 30 fois jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment fatiguée pour livrer la performance émotionnellement affaiblie nécessaire au déclin de Setsuko.

Le directeur artistique Nizo Yamamoto a d'abord voulu refuser le travail, estimant que quelqu'un qui avait vécu la guerre la dépendrait plus fidèlement, mais Takahata a insisté sur le fait que précisément parce que le personnel plus jeune n'avait pas connu la guerre, ils étaient les bonnes personnes pour faire le film.

Takahata s'est appuyé sur son propre souvenir d'avoir survécu au bombardement d'Okayama du 29 juin 1945, pour dépendre fidèlement les scènes de bombardement, critiquant d'autres productions pour avoir montré les bombes incendiaires sans les étincelles et les explosions dont il se souvenait en première personne.

L'animateur Hideaki Anno a été chargé de dessiner le croiseur Maya aussi fidèlement que possible, y compris le nombre exact de hublots et de marches de passerelle, mais dans le film terminé, le navire apparaît entièrement en silhouette, rendant son travail détaillé invisible.

La plupart des traits du film utilisent des contours bruns au lieu du noir standard, une technique sans précédent pour l'anime à l'époque choisie par la coordinatrice des couleurs Michiyo Yasuda pour donner au film une impression plus douce, même que le brun est plus difficile à utiliser car il contraste moins que le noir.

Les bombardiers B-29 dépendus avec la marque de queue « Z » correspondent à de vrais avions du 883e Bombardment Squadron basé à Saipan, bien que les cinéastes aient inclus un numéro d'avion qui avait en fait été retiré après une mission en 1944 et un qui n'a pas volé à la date historique du bombardement de Kobe.

Akira Kurosawa a été touché par le film mais a erronément cru qu'il avait été réalisé par Hayao Miyazaki et a envoyé à Miyazaki une lettre de félicitations, laissant Miyazaki apparemment en conflit après avoir reçu un crédit qui n'était pas le sien.

Hayao Miyazaki a par la suite critiqué la prémisse du film, arguant que le fils d'un riche commandant de marine ne se serait jamais réalistement mort de faim, et que cela a obscurci la vraie nature de la guerre dans laquelle les pauvres meurent d'abord.

En Corée du Sud, la sortie du film a été indéfiniment reportée à partir d'une date prévue en 2005 au milieu de critiques selon lesquelles il dépeignait le Japon comme une victime de guerre plutôt que de reconnaître qu'il était un agresseur en temps de guerre ; il n'y a été montré qu'en 2014.

Parce que le partenaire habituel du Studio Ghibli, Tokuma Shoten, s'était fortement opposé à la production du projet, le film a plutôt été financé et produit par Shinchosha (éditeur du roman original), marquant sa première aventure dans la production de films ; en conséquence, Ghibli n'a jamais détenu la publication du film et les droits d'auteur, qui restent avec Shinchosha et Nosaka, conduisant à des arrangements de distribution inhabituels incluant l'exclusion des accords de streaming Netflix et HBO Max de Ghibli pendant des années.