L'autore Akiyuki Nosaka aveva rifiutato diversi offerte di adattamento live-action, convinto che fosse impossibile ricreare lo scenario di guerra desolato e bruciato dal fuoco e che i bambini contemporanei non potessero interpretare in modo convincente i ruoli; rimase sorpreso quando gli fu proposto un adattamento animato.

La storia è semi-autobiografica: Nosaka perse la sua casa nel bombardamento di Kobe del 1945 all'età di 14 anni e trovò rifugio con la sua giovane cognata vicino allo stagno di Niteko-ike, ma in realtà sua madre adottiva sopravvisse e il personaggio della 'sorella' era basato su sua vera sorella che morì di malnutrizione dopo che lui l'aveva trascurata, a differenza del fratello devoto raffigurato nella storia.

L'epilogo della storia originale fu alterato prima della pubblicazione, rimuovendo un paragrafo finale che descriveva lucciole che sciamavano intorno alle ossa scartate della sorella, dopo le critiche del giudice del Premio Naoki Chōgorō Kaionji che l'epilogo era troppo antiquato.

Il nome 'Setsuko' fu preso dal vero nome della madre adottiva defunta di Nosaka, che era anche il nome del suo primo amore d'infanzia.

La Tomba delle lucciole fu abbinata per l'uscita cinematografica con Il mio vicino Totoro perché Totoro da solo era stato pianificato come film di 60 minuti troppo breve per un'uscita autonoma; entrambi i film finirono per avere una durata di circa 90 minuti ciascuno dopo una produzione parallela.

Lo Studio Ghibli non aveva mai prodotto due film lungometraggio contemporaneamente prima, affaticando il suo limitato numero di animatori di primo piano; un punto importante di contesa fu l'assicurazione dell'animatore direttore Yoshifumi Kondō, che Takahata definì come una priorità assoluta per reclutare nel suo team.

Poiché la colorazione non poteva essere completata in tempo, il film fu distribuito nei cinema nell'aprile 1988 con alcune scene, come Seita colto a rubare verdure, lasciate come disegni a tratto non colorati; questi furono completati e sostituiti dopo la distribuzione cinematografica.

Devastato dalla distribuzione cinematografica incompiuta, il regista Isao Takahata considerò di abbandonare la regia dell'animazione, tornando in seguito nel 1991 con Ricordi di Marnie dopo incoraggiamento di Hayao Miyazaki.

Per il ruolo di Setsuko, un provino cercava un bambino attore della stessa età del personaggio che parlasse il dialetto Kansai; la quindicenne Ayano Shiraishi fu scelta, e il produttore Muraze avrebbe esclamato 'Setsuko esiste!' al primo ascolto del suo nastro vocale.

Il film utilizzò la pre-sincronizzazione (registrazione dei dialoghi prima che l'animazione fosse completata) invece del consueto metodo post-doppiaggio, in modo che i tempi naturali, gli accenti e la respirazione di Shiraishi potessero plasmare l'animazione; lo staff talvolta le faceva ripetere le battute 20-30 volte fino a quando era abbastanza stanca da fornire la performance emotivamente indebolita necessaria per il declino di Setsuko.

L'art director Nizo Yamamoto inizialmente voleva rifiutare l'incarico, ragionando che qualcuno che aveva vissuto la guerra la avrebbe ritratta più realisticamente, ma Takahata insistette che proprio perché lo staff più giovane non aveva sperimentato la guerra, erano le persone giuste per realizzare il film.

Takahata attinse al suo ricordo personale della sopravvivenza al bombardamento di Okayama del 29 giugno 1945, per rappresentare realisticamente le scene di bombardamento, criticando altre produzioni per aver mostrato bombe incendiarie senza le scintille e le esplosioni che ricordava in prima persona.

L'animatore Hideaki Anno fu incaricato di disegnare l'incrociatore Maya il più accuratamente possibile, compreso il numero esatto di oblò e gradini della passerella, ma nel film finito la nave appare interamente come una silhouette, rendendo il suo lavoro dettagliato invisibile.

La maggior parte dei contorni del film utilizza tratti marroni invece del nero standard, una tecnica senza precedenti per l'anime all'epoca scelta dalla coordinatrice dei colori Michiyo Yasuda per dare al film un aspetto più morbido, anche se il marrone è più difficile da usare poiché contrasta meno del nero.

I bombardieri B-29 raffigurati con il marchio di coda 'Z' corrispondono a veri aeroplani dell'883º Squadrone di bombardamento basato a Saipan, anche se i filmmaker hanno incluso un numero di aeroplano che era stato effettivamente ritirato dopo una missione del 1944 e uno che non volò sulla data storica del bombardamento di Kobe.

Akira Kurosawa fu commosso dal film ma credette erroneamente che fosse diretto da Hayao Miyazaki e inviò a Miyazaki una lettera di congratulazioni, lasciando Miyazaki apparentemente in conflitto nel ricevere un credito che non era suo.

Hayao Miyazaki in seguito criticò la premessa del film, sostenendo che il figlio di un ricco capitano della marina non sarebbe mai morto realisticamente di fame, e che questo ha oscurato la vera natura della guerra in cui i poveri muoiono per primi.

In Corea del Sud, l'uscita del film fu indefinitamente posticipata da una data prevista nel 2005 in mezzo alle critiche secondo cui raffigurava il Giappone come una vittima della guerra piuttosto che riconoscerlo come aggressore durante la guerra; non fu mostrato lì fino al 2014.

Poiché il solito partner dello Studio Ghibli Tokuma Shoten si oppose fortemente alla produzione del progetto, il film fu invece finanziato e prodotto da Shinchosha (editore del romanzo originale), segnando il suo primo tentativo nella produzione cinematografica; di conseguenza Ghibli non ha mai detenuto i diritti di pubblicazione e copyright del film, che rimangono con Shinchosha e Nosaka, portando ad accordi di distribuzione insoliti inclusa l'esclusione dagli accordi di streaming Netflix e HBO Max di Ghibli per anni.