Si la petite fillette Heidi est devenue un personnage mythique connu de tous grâce aux nombreux films, séries et bandes dessinées lui étant consacrés, c'est du roman écrit par Johanna Spyri que les créateurs de ce nouveau long métrage ont cherché à se rapprocher le plus. Lukas Hobi explique en effet qu'ils ont voulu se démarquer des autres films suisses tournés autour de Heidi dont le premier, datant de 1952, très imprégné de l'atmosphère d'après guerre et de la manière dont les Suisses percevaient l’étranger, n'était pas très fidèle aux romans, qui eux étaient beaucoup plus nuancés.
Ce sont plus précisément les deux romans "Heidi" de 1880 et "Heidi grandit" de 1881 qui ont été pris comme bases de travail pour le film. La scénariste Petra Biondina Volpe a également porté beaucoup d’intérêt au caractère de Heidi, qu'elle voulait très sauvage et révoltée, avec un côté garçon manqué qui se bat contre l'ordre établi.
Les producteurs voulant tourner le film en dialecte suisse allemand pour être le plus près possible de l’histoire d’origine, le choix du Suisse Alain Gsponer, qui est un metteur en scène de langue suisse allemande, s'est imposé. C'est aussi après avoir fait ses preuves à la réalisation du Petit fantôme, l'ayant amené à travailler avec des enfants et des animaux, que les producteurs ont jeté leur dévolu sur lui.
En ce qui concerne le choix de l'actrice incarnant Heidi, les producteurs souhaitaient une fille native de Suisse mais également qui parlait le suisse allemand et plus particulièrement le dialecte usuel du canton des Grisons (ce qui a réduit le champ d'investigation). A la fin des auditions qui ont duré plusieurs mois, le choix s’est porté sur Anuk Steffen qui avait été remarquée dès le début. Le choix n'a pas été effectué en fonction du physique de la jeune fille mais sur son jeu et sa capacité à supporter une longue période de tournage.
Pour trouver le chalet de haute montagne idéal ainsi que son cadre spatial, l'équipe a effectué de longs repérages. C'est finalement le village de Latsch qui a été choisi de la même manière qu'il l'avait été pour le premier film de 1952.
L'un des enjeux du film étant de représenter la nature suisse de la manière la plus authentique possible, ce qui a été difficile compte tenu du réseau routier dense du pays et de ses nombreuses stations de sports d'hiver. De ce fait, des moyens digitaux pour changer des toits, transformer des façades ou encore supprimer les caténaires des lignes de chemin de fer, ont été d'une grande aide dans la conception du film.
Lorsqu'on lui pose la question des principales difficultés de tournage, Alain Gsponer se rappelle de la direction d'animaux et du fait que ce soit une enfant qui porte le film. Le metteur en scène explique aussi que lors du tournage en Suisse en été, la neige s'est mise à tomber abondement, obligeant l'équipe à attendre qu'elle fonde avant de reprendre les prises.
Pour se préparer au tournage, Alain Gsponer s'est bien évidemment documenté sur Heidi et la vie à son époque, mais s'est aussi imprégné de la vie d'antan en se rendant dans les Alpes pour y vivre sans électricité et en ramassant du bois. Sa famille possède un chalet de montagne dans le Valais, construit en 1904 et aujourd’hui classé : c'est dans cet endroit qu'il a passé du temps.