Mamoru Hosoda a eu l'idée du film en 2009. Après un an de travail sur l'élaboration du scénario, l'équipe du film s'est lancée dans la réalisation, qui a duré deux ans.
Le fait de suivre l'évolution du personnage d'Aoi pendant treize ans a été l'un des éléments les plus difficiles à réaliser pour Mamoru Hosoda : "Dans La Traversée du temps, on revit encore et encore la même semaine, et dans Summer Wars, l’histoire s’étale sur 3 ou 4 jours. Cette fois-ci, je me suis lancé le défi de raconter en 2 heures une longue période de 13 ans. Mettre en scène le temps qui passe en suivant des enfants qui grandissent est très difficile dans un film de prise de vue réelle. Seule l’animation permet de le faire", affirme-t-il.
Ce film marque la première collaboration du réalisateur de La Traversée du temps et de Summer Wars, Mamoru Hosoda, avec la doubleuse Aoi Miyazaki, qu'on avait auparavant pu entendre dans des films tels que Colorful (2010) ou Origine (2006). Très heureux et satisfait de cette collaboration, le réalisateur parle de son actrice : "Elle a été vraiment extraordinaire. J’ai cru voir Hana s’incarner devant moi. Elle avait une sorte de gaieté et aussi une appréhension sur ce que la vie lui réservait, quelque chose de très similaire à ce que devait ressentir Hana."
Travaillés soigneusement par Takaaki Yamashita, les dessins des Enfants Loups, Ame & Yuki ont été réalisés à la main un par un. Le réalisateur s'est entouré d'une équipe de professionnels de l'animation traditionnelle et a harmonieusement complété leur travail avec les techniques modernes du numérique et de la 3D : "Le film propose une profondeur d’animation rarement égalée dans les détails des décors ou encore dans les scènes où les enfants loups gambadent en passant librement de leur forme humaine à leur forme animale", affirme-t-il.
Les Enfants Loups, Ame & Yuki sort au Japon le 21 juillet 2012. La France le diffuse près d'un mois plus tard et représente ainsi le premier pays distributeur du film.
Le studio Chizo a été créé par Mamoru Hosoda spécialement pour réaliser Les Enfants Loups, Ame & Yuki. Le réalisateur prévoit de produire tous ses autres films grâce à ce studio.
Avant sa sortie au Japon, Les Enfants Loups, Ame & Yuki a été projeté en avant-première mondiale le 25 juin 2012 à Paris. Pour l'occasion, le réalisateur Mamoru Hosoda a été invité à prendre la parole pour présenter son film et répondre aux questions des spectateurs en compagnie de sa collaboratrice Aoi Miyazaki, l'actrice qui a prêté sa voix au personnage de Hana.
"Les Enfants Loups : Ame & Yuki : l'art du film de Mamoru Hosoda" est le titre d'une exposition qui a eu lieu à Paris. Tous les travaux en rapport avec le film de Mamoru Hosoda ont été réunis et présentés dans les espaces de la Galerie Arludik, suite à la diffusion de l'avant-première mondiale au mois de juin.
Un extrait des Enfants Loups, Ame & Yuki a été diffusé pendant le Festival International du film d’animation d’Annecy, en 2012. L'extrait en question était suivi du premier long métrage de Mamoru Hosoda : La Traversée du temps.