Le réalisateur Fernando Trueba nourrissait depuis longtemps l’envie de réaliser L’Artiste et son modèle, malgré les difficultés rencontrées, comme il l’explique lui-même : "J’ai commencé à penser à ce film en 1990. J’avais alors le rêve que mon frère y collabore en faisant tout le travail de sculpture ou en préparant l’atelier. Il est mort en 1996. A ce moment-là, je me suis dit que je ne ferai pas ce film, parce que sans l’opportunité de travailler avec lui, ça n’avait plus de sens. Mais j’y suis revenu, parce que cette histoire refusait de partir de ma tête. (...) L’idée à peu près claire du film est venue en 1994. Je l’ai laissée dans son coin, sur un cahier. Il y avait quatre pages, titrées Portrait de l’artiste-Dieu."
Fernando Trueba a déjà reçu le prix du meilleur réalisateur au Festival de San Sebastian en 2012 pour L'Artiste et son modèle, ainsi que 13 nominations aux Goya 2013.
Pour le réalisateur Fernando Trueba, il était indispensable d'atteindre un âge proche de celui de son personnage principal, Marc Cros, avant de commencer à véritablement travailler sur L'Artiste et son modèle : "Il était nécessaire que j’aie le temps d’acquérir un vécu suffisant pour pouvoir raconter l’histoire de Marc."
Fernando Trueba désirait depuis longtemps travailler avec Jean Rochefort, déjà pour un second rôle dans Belle époque, en 1993. Le rôle était finalement revenu à Michel Galabru car l'acteur n'était pas disponible. Cette fois-ci, le réalisateur ne pouvait se passer de Rochefort pour interpréter Marc Cros dans L'Artiste et son modèle : "Jean a toujours été Marc ; il a tout pour ce personnage : la gravité et l’ironie, la force et la vulnérabilité... De tous temps je l’ai vu comme un acteur original, poétique, excentrique, inqualifiable, d’une humanité débordante ; capable de faire éclater de rire comme d’émouvoir", explique-t-il.
Fernando Trueba dirige pour la seconde fois l'actrice espagnole Aida Folch, dix ans après l'avoir révélée dans son film Le Sortilège de Shanghai en 2002, en lui offrant son premier rôle principal à 15 ans.
Fernando Trueba était déjà familier du monde de l'art et plus particulièrement de la sculpture dans ses films. Son premier court métrage avait pour sujet le sculpteur espagnol Eduardo Chillida ; il a également produit en 1990 une série de quatre téléfilms sur l'art primitif, "Magos de la tierra". Il a dédié L'Artiste et son modèle à son frère, lui-aussi sculpteur.
Bien que Fernando Trueba soit également producteur de disques et que la musique occupe une place essentielle de sa filmographie, celle-ci est totalement absente de L'Artiste et son modèle (à l'exception du générique de fin). Le réalisateur l'explique ainsi : "La musique de ce film, c’est la voix des acteurs, les bruits de la nature, les sons de l’atelier. Le musicien du film c’est pour moi Pierre Gamet (l'ingénieur du son), auquel le film est aussi dédié."
Jean Rochefort a évoqué la possibilité que L'Artiste et son modèle soit le dernier film de sa carrière: "Quand on fait partie de ma génération, (...) on ne veut plus s’emmerder. J’ai une peur bleue que l’osmose n’opère pas avec un metteur en scène, de devoir penser « encore trois semaines de tournage avec lui » (...) A moins que je tombe sur un projet de film qui me bouleverse, j’arrêterai aussi le cinéma. Et je serai très heureux que ce soit avec ce film-là."
Pour son film en noir et blanc, Fernando Trueba a pris le pari risqué de travailler avec un jeune chef opérateur, pour lequel L'Artiste et sa modèle est le premier long métrage. Il explique ainsi son choix : "J’aurais pu faire appel aux plus grands chefs opérateurs espagnols, mais j’avais envie de travailler avec Daniel, qui avait été mon assistant, puis cadreur sur certains de mes films. Je voulais quelqu’un de frais, de vierge."
Avec L'Artiste et son modèle, c'est la première fois que Fernando Trueba réalise un long-métrage de fiction entièrement dans une langue étrangère à la sienne, ici le Français.