L'Exorcisme de Hannah Grace a pris forme lorsque Todd Garner et Sean Robins, producteurs chez Broken Road, ont commencé à creuser des thèmes et à réfléchir à des décors effrayants. Ils sont alors tombés sur un article à propos de quelqu’un qui devait effectuer des travaux d’intérêt général dans une morgue. Robins se rappelle : "L’idée d’une jeune femme se retrouvant seule dans une morgue, une femme qui n’a pas l’habitude des cadavres, des odeurs et de l’isolement, nous a semblé très intéressante. Quand j’étais petit, j’avais un ami dont le père dirigeait des pompes funèbres et en entendant ses histoires, je m’étais toujours dit que c’était un endroit idéal pour placer un personnage hors de sa zone de confort, comme nous le faisons ici avec Megan, et l’exposer à quelque chose d’incroyablement terrifiant."
Le scénariste Brian Sieve s’est lancé dans des recherches approfondies : il a regardé des documentaires sur les ambulanciers chargés de livrer les cadavres à la morgue et a interviewé des médecins légistes de la police de Los Angeles. En gardant à l’esprit les idées et connaissances concrètes qu’il avait glanées dans le monde réel, il s’est alors attelé à l’écriture de L'Exorcisme de Hannah Grace.
Côté références, Diederik Van Rooijen et son équipe avaient en tête des titres comme Shining, Rosemary's Baby, Répulsion ou encore La Mouche, pour un certain côté "horreur rampante". Le producteur Sean Robins déclare : "Il faut que les gens aient peur sur le moment, mais j’ai envie qu’une semaine après avoir vu le film, ils se rendent compte que cette histoire les a perturbés, qu’elle a laissé une étrange impression. Alien, et Sigourney Weaver dans le rôle d’une femme forte enfermée dans un lieu confiné et forcée de combattre une force maléfique plus puissante qu’elle, a été une grande source d’inspiration."
Shay Mitchell incarne cet ex-policière déchue en désintoxication qui accepte un travail dans la morgue de l'hôpital où elle se soigne. Au cours des sept saisons de la série Freeform Pretty Little Liars, l’actrice, mannequin et influenceuse a joué Emily Field, une athlète talentueuse apprenant à accepter sa sexualité. Via ce rôle, Shay Mitchell avait prouvé sa capacité à être à la fois forte et vulnérable – ce qui collait parfaitement au rôle de Megan.
Sean Robins déclare : "Pour le rôle de Megan Reed, il fallait quelqu’un que le public aimerait voir dans cette situation, quelqu’un comme Shay. Ses capacités physiques constituent l’autre atout qui nous a attirés. Megan va devoir se battre pour survivre, il fallait donc quelqu’un de crédible. Shay, qui boxe et s’entraîne tous les jours, est capable de réaliser des cascades incroyables et réalistes. Sa performance va au-delà de tout ce qu’elle a pu montrer auparavant."
Pour se préparer à jouer Megan, Shay Mitchell a rencontré des officiers de police de Boston et a effectué des recherches sur le travail réalisé dans une morgue.
Le réalisateur néerlandais Diederik van Rooijen a été choisi pour être aux commandes de L'Exorcisme de Hannah Grace. C'est sa première incursion à Hollywood. S'il n’avait jamais réalisé un véritable film d’horreur auparavant, il s’était déjà illustré dans le thriller criminel et le suspense avec, par exemple, les films hollandais Taped (2012) et Daylight (2013). Il confie : "J’ai vu énormément de films de ce genre mais je n’avais jamais été autorisé à m’y essayer. En Europe, on ne nous offre pas tellement l’opportunité de faire ce type de films. Il faut faire appel à beaucoup de technique, beaucoup de magnifiques images très sombres."
Pour prouver qu’il était prêt à relever le défi, Diederik van Rooijen a réalisé un court métrage de cinq minutes qui résumait son approche créative du projet en utilisant le mouvement, le son et la claustrophobie du décor pour amplifier la tension propre au concept de base. Il a même tourné ce court métrage à l’intérieur d’une morgue d’Amsterdam pour accentuer l’authenticité du film.
C’est la danseuse et mannequin Kirby Johnson qui a été choisie pour interpréter l’adolescente revenant d’entre les morts. La jeune femme a commencé la danse à l’âge de 11 ans, dans sa ville natale de Key Largo, en Floride. Elle explique : "Je ne pense pas que quelqu’un ne pratiquant pas la danse aurait pu jouer quelque chose d’aussi particulier sur le plan physique. La première fois que j’ai parlé à Diederik, il était très enthousiasmé par l’idée que je puisse réaliser toutes ces contorsions, ces mouvements complètement fous, et qu’ils ne soient pas obligés de rajouter des effets spéciaux ou de me modifier numériquement."
L'Exorcisme de Hannah Grace a été tourné à Boston. L’hôtel de ville (construit en 1968) et l’immeuble Hurley voisin (achevé en 1971) ont tous deux servi de lieux de tournage pour les scènes en extérieur et certains intérieurs de l’hôpital de Boston. Les deux bâtiments sont des exemples d’architecture brutaliste, des immeubles en béton audacieux et modernes qui mettent en valeur leur matériau de construction. Controversés depuis leur construction, les bâtiments ont encore aujourd’hui leurs fidèles défenseurs et leurs détracteurs, mais leur nature imposante donne le ton juste à une histoire terrifiante de possession démoniaque.
Le producteur Sean Robins explique : "La couleur des bâtiments leur permet d’être effrayants en soi. L’hôtel de ville de Boston est magnifiquement brut, il n’est pas du tout engageant. C’est un mélange intéressant de béton et de briques avec d’immenses espaces sur lesquels s’ouvrent des petites et des grandes fenêtres. La lumière qui y pénètre et les endroits qu’elle n’atteint pas sont vraiment fascinants. Il ressemble d’emblée étrangement à un hôpital dystopique."
Pour construire ces décors, la production a été la première à utiliser le système révolutionnaire EmagiBlock® d’Emagispace®. Si les décors traditionnels sont généralement fabriqués à partir de planches de bois non recyclables, la technologie durable d’EmagiBlock permet de fabriquer des éléments à partir de matériaux réutilisables et recyclables sans les difficultés, les coûts ou les déchets environnementaux occasionnés par la construction traditionnelle.
L'Exorcisme de Hannah Grace est également le premier long métrage à avoir été tourné intégralement avec le Sony Alpha 7S II, qui fait partie de la gamme des appareils photos plein format à objectifs adaptables les plus vendus par Sony. Les appareils photos plein format de la série A7 s’adressent aussi bien aux photographes et vidéastes amateurs qu’aux professionnels. Offrant une extrême sensibilité avec une gamme dynamique étendue sur toute la plage ISO ainsi qu’une stabilisation d’image optique sur 5 axes pour un meilleur contrôle de la prise de vue, l’Alpha 7S II est doté d’une qualité d’image exceptionnelle dans les conditions d’éclairage les plus difficiles, du matin le plus lumineux aux heures les plus sombres de la nuit.