Illégitime a la particularité d'avoir été tourné sans scénario prédéfini. Les acteurs étaient libres d'être le plus naturel possible avec seulement des indications sur leurs personnages et le fil rouge de l'intrigue afin d'aboutir à une histoire. Les comédiens se sont tout de même préparés pendant plus d'un an avant de commencer le tournage : "Nous sommes partis d’un texte de théâtre écrit par Alina Grigore (qui interprète Sasha dans le film) qui introduisait les personnages fictifs que nous voyons dans le film, la naissance d’un amour impossible, deux personnages qui s’appelaient Roméo et Julie, et une lourde révélation familiale. À partir de cette base, une année et demie d’inspiration et de travail a suivi", explique le réalisateur Adrian Sitaru.
Le réalisateur Adrian Sitaru a tenu à ne réaliser qu'une seule prise à chaque fois pour réussir à avoir une authenticité quasi-documentaire. Dans la vie, on ne vit un moment qu'une seule et unique fois. Adrian Sitaru a donc appliqué ce principe de réalité en ne laissant qu'une seule chance (prise) à chaque moment (scène) : "Dans la vie réelle, nous n’avons pas la possibilité de vivre le même moment (ou tourner une
même scène) une seconde fois, et chaque jour nous faisons des projets (tels des scénarios) que nous essayons de réaliser. Nous commençons à suivre notre projet, mais rapidement nous devons improviser car la vie est imprévisible. Un scénario est prévisible du début à la fin", confie le cinéaste.
Le film a été tourné en deux semaines avec un petit budget s'élevant à 230.000 euros.
Les deux directeurs de la photo, Adrian Silisteanu et Alexandru Timosca ont eu la liberté de filmer selon leurs envies et leurs instincts, le réalisateur Adrian Sitaru leur laissant totalement carte blanche.
Adrian Titieni, le comédien qui incarne le père dans Illégitime, est également en tête d'affiche de Baccalauréat, le nouveau film de Cristian Mungiu en compétition pour la Palme d'Or 2016. Le chef- monteur du film, Mircea Olteanu, a d'ailleurs dû interrompre le montage d'Illegitime pour respecter son engagement sur l'oeuvre de Mungiu. Le montage du film a alors été poursuivi à Paris par Théo Lichtenberger qui échangeait à distance avec Adrian Sitaru et Mircea Olteane.
Le metteur en scène Adrian Sitaru explique la manière dont il travaillait avec ses comédiens sur le plateau au quotidien : "Les acteurs avaient donc ici des objectifs précis chaque jour, mais personne ne savait comment une scène finirait, et nous ne faisions qu’une seule prise pour chaque scène. Je souhaitais faire un film très proche du documentaire d’observation, mais qui soit également une fiction, un film hybride. Le montage a d’ailleurs été proche de celui d’un documentaire. Après 12 jours de tournage, nous avions 10 heures d’images enregistrées. Et j’ai d’abord laissé le monteur chercher et trouver sa propre histoire dans ce qui avait été tourné, avant de véritablement travailler ensemble."