Le tournage de La Fille du RER a été très rapide, puisque seulement 50 jours ont été nécessaire pour boucler le film.
Le vendredi 9 juillet 2004, une jeune femme porte plainte. Elle affirme avoir été victime d'une agression à caractère antisémite sur la ligne du RER D. Ce témoignage entraine une indignation du milieu politique et déclenche une couverture médiatique alors que le dossier est vierge. Deux jours plus tard, la jeune femme avoue avoir tout inventé. La Fille du RER s'est inspiré de cette affaire, fait divers le plus médiatisé et le plus politisé de ces dix dernières années. Mais c'est aussi et surtout la pièce de Jean-Marie Besset "RER" qui a donné l'idée à André Téchiné de porter le fait divers à l'écran.
Jean-Marie Besset, auteur et metteur en scène de la pièce "RER" dont le film est l'adaptation, a signé les dialogues du film.
La Fille du RER marque de nombreuses retrouvailles. En effet, André Téchiné dirige Catherine Deneuve pour la sixième fois, après Hôtel des Amériques, Le Lieu du crime, Ma saison préférée, Les Voleurs, et Les Temps qui changent. Déjà présent au casting des Témoins, Michel Blanc, rejoint également le réalisateur pour la seconde fois. En ce qui concerne l'équipe technique, Julien Hirsch signe l'image du film de Téchiné pour la troixième fois consécutive, et La Fille du RER marque la 14e collaboration du réalisateur avec le compositeur Philippe Sarde.
La véritable héroïne du fait-divers était très attachée à sa mère et son compagnon. Quand le réalisateur l'a intérrogé sur les raisons de ses actes, elle a avoué souhaiter exister d'avantage à leurs yeux. André Téchiné a donc pris en compte cette relation triangulaire comme point de départ, mais tout le reste n'a été que pure invention de sa part. Il a fait le choix de suivre la relation entre Jeanne (Emilie Dequenne) et Franck (Nicolas Duvauchelle) pas à pas, de la rencontre jusqu'à la séparation, "c'était à la fois une expérience de cinéma et une expérience érotique de donner naissance à un couple" raconte André Téchiné.
La Fille du RER comprend deux parties, tout d'abord la généalogie d'un mensonge, puis les conséquences démesurées que cette fabulation va entraîner, jusqu'à la décision de justice.
Au coeur du mensonge de Jeanne, il y a le désir de devenir juive sur le mode persécutif. Pour elle, l'appartenance à la collectivité passe par la garde-à-vue et la sanction de justice. A l'opposé, il y a la question de la Bar Mitsvah de Nathan. Pour ce dernier, l'expérience identitaire passe par la cérémonie religieuse.
Dès les premières images du film apparaît le nom de Bleinstein. Un nom oublié qui revient à la surface. C'est ce nom juif qui lance toute l'histoire. Ne voulant pas que ce nom reste abstrait, le réalisateur a souhaité que trois générations portent ce nom. Le fils, le père et le grand-père, chacun dans sa singularité.