La Princesse des glaces est le troisième volet d'une trilogie inspirée du célèbre conte de Hans Christian Andersen, La Reine des Neiges. Le film succède à The Snow Queen, La Reine des neiges (2012) et The Snow Queen, La Reine des neiges : Le Miroir sacré (2014).
Les scénaristes du film ont fait appel à l'Américain Robert Lence qui a travaillé pour Walt Disney Animation Studio pendant plus de 18 ans, mais aussi pour Pixar et DreamWorks. Scénariste de La Belle et la bête et 1001 Pattes, il a été chef d'écriture sur Toy Story. Grâce à son expérience, il a permis à La Princesse des glaces de gagner en efficacité en coupant notamment 10 minutes du scénario. Il a également rendu le film plus universel en gommant certaines scènes qui pouvaient devenir incompréhensibles pour un public non russe en raison des différences culturelles.
Les animateurs ont dotés les personnages d'yeux particulièrement grands, afin de les rendre plus attachants et attendrissants : "Vous vous souvenez du Chat Potté dans Shrek ? Il a séduit des millions de gens avec ses grands yeux. On a donc affûté nos crayons !” explique Vladimir Loshakov. Les personnages se distinguent aussi par un cou étroit et des longs bras afin d'accentuer l'aspect fantastique du film.
Les animateurs ont fait appel à des acteurs afin que les mouvements des personnages soient les plus réalistes possibles, comme l'explique Sergey Nikolaev : "Si on n’avait pas bénéficié de tout ce soutien, le film ne serait constitué que de centaines de milliers de séquences d’animation de mauvaise qualité et sans vie. Un acteur qui joue un personnage apporte énormément." Il ajoute : "on n’envoie pas les acteurs valdinguer du sol au plafond ou contre les murs, mais on emprunte de tout petits gestes à la réalité et on les insère dans notre monde virtuel."
300 animateurs ont travaillé sur le film. Ils ont notamment créé 350 versions des vêtements des trois principaux personnages et 4 456 545 poils de pelage pour le personnage d'Orm (soit 84 heures de travail continu). Il a fallu 183 jours pour écrire le scénario, qui a connu pas moins de 53 versions différentes. Enfin, 55 000 tableaux en 2 dimensions ont été dessinés, qui ont constitué la base de l’animation en 3D.
Pendant la conception du film, une belette est entrée accidentellement dans le studio à Voronezh et y a vécu plusieurs semaines. Les animateurs s'en sont beaucoup inspirés pour créer les mouvements de la belette des neiges Luta.