L'idée du film est venue à l'esprit d'Alexandre Astier il y a longtemps, à l'époque où il n'avait pas encore fait Kaamelott. C'est un documentaire, intitulé Une journée disparue dans le sac à main, qui lui a donné l'idée d'un personnage qui alternerait entre des moments de conscience aiguë des choses, et d'autres où la maladie reprendrait le dessus. Astier a ensuite relié cette histoire à ses propres questionnements intimes, et il en a résulté le scénario de David et Madame Hansen.
Murissant le projet de David et Madame Hansen depuis longtemps, Alexandre Astier avait même déjà composé la musique du film avant de s'atteler à l'écriture du scénario ! Cet air récurrent, qui connaît des variations tout au long du film, représente selon lui parfaitement la notion de destin, et il n'a jamais pensé l'utiliser autrement que pour ce film.
Le tournage de David et Madame Hansen s'est déroulé de façon relativement confidentielle. Un voile de secret qui fut utile à l'actrice principale, Isabelle Adjani, mais surtout au metteur en scène du film, Alexandre Astier. Ne se sentant jamais plus à l'aise que dans l'intimité, ce dernier a insisté pour que le tournage soit justement réalisé avec une équipe réduite, et dans la plus grande discrétion. Dans cette logique, le film fut d'ailleurs longtemps connu sous l'appellation "Projet A.A."
A l'origine, la Madame Hansen du film devait s'appeler Monsieur Karlsson, et le personnage devait être campé par une autre légende du cinéma français : le célèbre Alain Delon ! Cependant, le projet tomba à l'eau quelques semaines avant le début du tournage. En cause, une divergence violente d'opinion entre la star française et le réalisateur Alexandre Astier, qui obligea ce dernier à réécrire tout son film pour le faire coïncider plus tard avec son nouveau rôle-titre, incarné cette fois-ci par Isabelle Adjani.
Pour l'écriture du scénario, et notamment pour la description du personnage de Madame Hansen (Isabelle Adjani), atteinte d'une maladie de la mémoire post-traumatique, Alexandre Astier a travaillé avec un psychiatre, afin d'être le plus précis possible sur les tenants et aboutissants de ce type de maladie. Ce travail avec un professionnel lui a permis de comprendre les différentes pathologies dues aux pertes de mémoire, mais également de bien saisir l'état d'esprit dans lequel se trouve une personne qui en est atteinte.
Le personnage de Madame Hansen, campé par Isabelle Adjani, est constamment entre la retenue (que lui impose la maladie), et des écarts de langage qui poussent les autres protagonistes dans leurs retranchements. Alexandre Astier avoue s'être inspiré des personnages des films de Michel Audiard : "Madame Hansen ne supporte pas les gens que Michel Audiard aurait appelé les "demi-sel" ou les "pousse-mégots" ! Audiard a souvent saisi l'occasion de s'en prendre aux couillons, à ceux qui sont étriqués, reclus dans leur petit monde". Comme le souligne le réalisateur, on peut voir ce genre de personnages dans un film comme La Traversée de Paris.
Alexandre Astier a une théorie particulière à propos des parfums de glace : selon lui, ceux qui choisissent chocolat sont tristes et ont besoin de réconfort, ceux qui prennent vanille sont plutôt doux et peu enclins au changement. Quant à ceux qui penchent pour les glaces aux fruits, ils ont avant tout besoin de s'amuser ! Une théorie qu'il n'oublie d'ailleurs pas de mettre en pratique dans David et Madame Hansen.
L'interprète de Hugo, l'adolescent du film, s'appelle Victor Chambon. Si ce nom tinte clair aux oreilles des fans de Kaamelott, pas de mystère ! Ce jeune homme est tout simplement le fils de Jacques Chambon, le Merlin de la célèbre série, et ami de longue date d'Alexandre Astier. Le jeune acteur a d'ailleurs laissé tomber son style punk après que son père lui ait donné l'autorisation de participer au film !
Contrairement à la volonté de beaucoup, qui voulaient voir Alexandre Astier réaliser une trilogie cinématographique issue de la série Kaamelott, l'interprète du roi Arthur avait une toute autre idée en tête. L'histoire de David et Madame Hansen existant depuis longtemps dans son esprit, il sut dès l'écriture du scénario que ce film serait sa première réalisation pour le cinéma. Il a d'ailleurs défendu son idée corps et âme : "En général, les gens vous laissent refaire ce que vous avez accompli avec succès. Il faut se battre contre ça (...). J'aime beaucoup quand Molière dit que son métier, c'est de plaire. Mais il existe deux sortes de séduction : devenir celui que l'on imagine que les autres attendent ou être soi-même en toute occasion. Personnellement, je préfère suivre mes envies."
Après la mise en veille du projet, suite au départ d'Alain Delon (qui sera remplacé plus tard par Isabelle Adjani), le tournage du film a débuté avec près de deux ans de retard. Originellement prévu pour commencer en septembre 2009, il ne débuta qu'en mars 2011, pour une durée de deux mois, principalement dans le Jura et en région parisienne. Bonneville, petit village de Haute-Savoie, fut même maquillé en village suisse pour les besoins de l'intrigue.
Isabelle Adjani, grande actrice française, ne tarit pas d'éloges sur Alexandre Astier, et sur l'histoire qu'il a écrite. La comédienne le rapproche d'ailleurs de certaines grandes figures du cinéma américain : "Il y a de la comédie américaine à la Nora Ephron, on est dans le doux-amer, dans un romantisme de charme, et de sympathie désarmante. Alexandre Astier est pour moi, un mélange de Tom Hanks et Billy Crystal trentenaires". Rien que ça !
Comme pour se détacher de l’œuvre qui l'a fait connaître, Alexandre Astier a confirmé qu'aucun acteur de Kaamelott ne serait présent dans David et Madame Hansen.
S'il n'y a bien aucun acteur de Kaamelott visible à l'écran, la célèbre série ne s'éloigne jamais vraiment d'Alexandre Astier. En effet, Jean-Christophe Hembert, interprète de Karadoc, a apporté son soutien à la production de David et Madame Hansen.
Alexandre Astier a consciemment joué avec l'image d'Isabelle Adjani pour le film. Notamment lors d'une scène particulière, où David et Madame Hansen sont dans une piscine vide en train de s'amuser, ce qui n'est pas sans rappeler le fameux clip de la chanson "Pull Marine", chantée par l'actrice en 1983.
Pour Alexandre Astier, la scène la plus importante du film est celle de la station-service et du monologue. Imaginée avant tout le reste par le réalisateur, c'est cette scène, simple dans sa construction, qui lui donna envie de jouer face à Isabelle Adjani.