Les Filles du Docteur March porte à l'écran le roman de Louisa May Alcott qui a déjà donné lieu à bon nombre d'adaptations. À l'origine, le livre a été publié en deux parties : l'enfance des soeurs March puis leur vie une fois adultes. Greta Gerwig a décidé de rompre cette chronologie en mettant en place des allers-retours entre les deux périodes avec pour fil rouge l’histoire de Jo.
Greta Gerwig est une grande admiratrice du roman d'origine et a convaincu la productrice Amy Pascal qu’elle était la bonne personne pour l'adapter : "Je me suis lancée dans ce projet de toutes mes forces. J’avais une idée très précise du sujet du film : ça parle de femmes artistes et ça parle des femmes et de l’argent. Le texte ne parle que de ça, mais c’est un aspect de l’histoire qui n’a pas encore été particulièrement exploré. Ces questions me touchent beaucoup et je dirais qu’en un sens ce film est le travail le plus autobiographique que j’aie jamais réalisé".
La réalisatrice et les actrices ont été séduites par le propos du roman d'origine. "Il y est question de jeunes femmes qui trouvent le courage de tracer leur propre chemin. C’est une histoire qu’on peut lire à différents stades de la vie : on peut être une Amy pendant quelques années, puis tout à coup devenir une Jo, puis une Meg, et on peut un jour être une Marmee avant de redevenir une Beth. On peut se retrouver dans chacune d’elles" selon Saoirse Ronan. Sa partenaire de jeu Laura Dern renchérit : "C’est une histoire qui parle d’identité et il n’y a rien de plus moderne. De nos jours, on a toujours du mal à se demander ‘Qui suis-je et comment puis-je rester fidèle à ce que je suis tout au long de ma vie, malgré les opinions des uns et des autres ?’ C’est pourtant ce que Louisa May Alcott a écrit il y a environ 150 ans".
Les Quatre Filles du Docteur March est parue à une époque où seuls les hommes étaient pris au sérieux dans le domaine de la littérature. Dès sa publication, le roman a connu un succès retentissant et s’est retrouvé en rupture de stock en quelques jours. Au début, l'oeuvre comportait 23 chapitres. Le succès était tel que Louisa May Alcott a écrit 24 chapitres supplémentaires sous la pression de son éditeur. Traduit dans une cinquantaine de langues, le livre a été adapté au théâtre, à la télévision, au cinéma, et il existe même un opéra et un dessin animé qui s'en inspirent.
Admirative du langage employé dans le roman, Greta Gerwig a essayé d’intégrer au scénario autant de passages du texte que possible. "Je voulais que les acteurs s'expriment à la même vitesse que dans la vie. Je voulais qu’ils prononcent les dialogues de façon rapide et cinglante parce que c’est comme ça que je les entendais", raconte-t-elle. Les comédiens ont particulièrement travaillé pour que leurs dialogues se calent parfaitement : "Je ne voulais pas que ces répliques qui se chevauchent suscitent une cacophonie : je voulais qu’elle se chevauchent de façon précise, et c’était presque comme diriger un orchestre", précise la réalisatrice.
Cette nouvelle adaptation des Filles du Docteur March était en projet depuis de nombreuses années. Sarah Polley et Olivia Milch (scénariste de Ocean's 8) avaient écrit un premier script rejeté par Sony Pictures. Le studio s'est ensuite tourné vers Greta Gerwig pour écrire le scénario puis lui a proposé la réalisation du film après le succès de Lady Bird.
Emma Watson a remplacé Emma Stone dans le rôle de Meg car celle-ci était déjà prise par le tournage de La Favorite. Hasard des plateaux, Stone a remplacé Watson dans La La Land, alors que cette dernière tournait La Belle et la bête.
Il a fallu trois mois au chef-décorateur Jess Gonchor et à son équipe pour construire la propriété des March de manière artisanale. Ils se sont inspirés d'Orchard House, la maison de Louisa May Alcott, parfaitement préservée et reconvertie en musée.
Les intérieurs de la propriété (le rez-de-chaussé, les chambres et le grenier) ont été créés dans un entrepôt de Franklin, dans le Massachusetts. Les extérieurs ont été bâtis à Concord, ville où a vécu Louisa May Alcott et dont elle s'est inspirée pour son roman.