Le réalisateur Takaomi Kanasaki et le scénariste Makoto Uezu se connaissaient déjà pour avoir travaillé ensemble sur l'anime « Kore wa Zombie Desu ka? » ; quand le studio a proposé Uezu comme scénariste, celui-ci a demandé Kanasaki comme réalisateur, qui a accepté aussitôt.

Échaudé par des compromis faits sur son précédent projet, Kanasaki a voulu ne faire aucune concession sur KonoSuba : si le script ne le faisait pas rire, il refusait de dessiner le storyboard correspondant.

Pour privilégier les dialogues et bien installer la personnalité des personnages, le premier épisode a été construit sans Megumin dans sa première partie, ne mettant en scène que Kazuma et Aqua.

L'auteur Natsume Akatsuki a appris le feu vert de l'adaptation animée par téléphone en janvier 2015, car il vivait alors dans la préfecture de Fukui et sa maison était bloquée par la neige, l'empêchant de se rendre à la réunion prévue à Tokyo.

Le rôle de Kazuma exigeait un contrôle émotionnel très difficile, si bien que Kanasaki n'a validé aucun candidat lors des deux premiers essais ; c'est seulement au troisième essai que Jun Fukushima a été retenu.

Lors d'un enregistrement test, Jun Fukushima a improvisé la réplique « Hai, Kazuma desu » pour détendre l'atmosphère ; cela a tellement plu à Tetsu Inada (voix de l'aventurier bourru) que ce type d'improvisation a fini par être intégré dans la version finale.

Pour la saison 2, Koichi Kikuta et Momoka Komatsu se partageaient le poste de directeur de l'animation en chef, l'un s'occupant des épisodes impairs et l'autre des pairs ; Komatsu suivait de près le design plus séduisant des light novels tandis que Kikuta s'inspirait de dessins animés pour enfants comme Pokémon.

Le compositeur Masato Kōda, choisi car il composait habituellement pour des jeux de rôle comme Monster Hunter, a reçu pour consigne du réalisateur que même si l'histoire est décalée, la musique devait toujours rester « cool » et sérieuse.

Le générique de fin de la saison 1, « Chiisana Bōkensha », est chanté par les actrices de Aqua, Megumin et Darkness sous le nom de leurs personnages, avec un arrangement folk incluant banjo et violon proposé par Yoshinari Satō du groupe Humbert Humbert.

Contrairement à l'usage classique où seul le directeur du son donne des indications aux doubleurs, le réalisateur Kanasaki venait lui-même en studio d'enregistrement pour expliquer directement ses intentions aux acteurs.

Les courtes répliques « Ko-no-su-ba » insérées entre les scènes étaient laissées à l'improvisation des doubleurs eux-mêmes, qui décidaient collectivement qui les prononcerait et comment.

Pour préserver le naturel des échanges improvisés par Jun Fukushima, la production a réservé l'un des plus grands studios d'enregistrement du Japon afin que presque tous les acteurs principaux puissent jouer leurs scènes ensemble en simultané, ce qui permettait de boucler chaque séance très rapidement.

Avant la diffusion de la première saison, l'anime ne figurait même pas dans le top 20 du sondage d'anticipation de l'hiver 2016 organisé par Akiba Sōken, mais il a connu un succès inattendu qui a permis la production immédiate d'une deuxième saison.

Grâce au succès de l'adaptation animée, les ventes du roman original sont passées d'environ 400 000 exemplaires avant l'annonce de l'anime à plus de 1,5 million d'exemplaires en mars 2016, soit plus du triple.