Le tournage a eu lieu dans les Pyrénées, notamment à Luchon, à partir de janvier 2015.
Pour écrire le scénario de Quand on a 17 ans, André Téchiné a collaboré avec une spécialiste des affres de l'adolescence, Céline Sciamma : "André et moi avons travaillé ensemble, à la table, sur le séquencier. Je lui ai ensuite livré une première continuité dialoguée – une sorte de réinterprétation de ce que nous avions écrit. Il a repris le texte seul puis nous avons retravaillé ensemble", analyse Céline. On doit notamment à la cinéaste Naissance des pieuvres avec Adèle Haenel, mettant en scène la relation trouble entre deux jeunes filles et Bande de filles, relatant l'histoire d'un groupe de jeunes adolescentes. Cette fois, l'artiste s'est attaquée à un récit mettant en scène deux ados qui se déchirent et qui n'assument pas leur attirance. À noter que Téchiné avait déjà mis en scène l'adolescence dans Les Roseaux sauvages en 1994, récompensé notamment par le César du Meilleur Film.
Pour les besoins du tournage, l'équipe avait besoin de tourner dans un lycée. Après plusieurs repérages, André Téchiné a jeté son dévolu sur l'établissement de Luchon. Ce dernier était très proche de l'aspect esthétique recherché par le cinéaste. De plus, le proviseur, Rémy Garcia, était si enthousiaste à l'idée que son lycée soit choisi pour le film qu'il a réservé à l'équipe un accueil formidable, selon le directeur de production Bruno Bernard.
Après avoir présenté son dernier film, L'Homme qu'on aimait trop, au Festival de Cannes 2014 Hors-Compétition, André Téchiné s'envole cette fois pour Berlin afin de projeter Quand on a 17 ans dans la capitale allemande pour le Festival 2016. Cette fois, le film sera en Compétition pour recevoir l'Ours d'or.
Quand on a 17 ans est construit autour d'une structure en trois parties représentant les trois trimestres d'une année scolaire.
Kacey Mottet Klein, qui interprète Damien, le fils de Sandrine Kiberlain, a été révélé par L'Enfant d'en haut en 2012 dans lequel il donnait la réplique à Léa Seydoux. On l'a vu récemment dans Une mère où il donnait du fil à retordre à Mathilde Seigner. Quant à Corentin Fila, son partenaire dans Quand on a 17 ans, il s'agit de son premier rôle sur grand écran : "Corentin avait une beauté immédiate. C’est un acteur très physique. Il est robuste et mystérieux. Un peu martien. Dans les scènes de pleine lune à la montagne, il sait devenir une créature fantastique. Il est aussi capable d’une candeur enfantine pour traduire l’inexpérience des relations humaines du personnage de Tom. (...) Kacey est à l’opposé de Corentin comme Damien est le contraire de Tom. La blondeur, le fils à maman, l’enfant gâté. Kacey est un acteur vibrant. Il s’est imposé dès les premiers essais. Il s’agissait de construire un couple avec un contraste qui crée une dynamique. J’étais très sensible à leur réactivité. Entre eux, la caméra filmait de l’électricité", explique André Téchiné.
Au départ, Kacey Mottet Klein ne s'est pas senti très à l'aise dans la peau de ce jeune homme qui découvre son homosexualité : "Il était très travaillé par l’homosexualité de son personnage, très résistant. Je devais constamment le ramener vers les situations et les sentiments qu’il avait à jouer. (...) Un jour, cela se passait bien et le lendemain, ses questions revenaient, alimentées par le regard des autres, les figurants au lycée qui lui disaient : « Alors, il paraît que c’est une histoire de pédés ? » Et il fallait à nouveau faire une petite réparation", confie André Téchiné.