Sur un scénario signé Olivier Assayas, D'après une histoire vraie est adapté du roman à succès du même nom de Delphine de Vigan, récompensé en 2015 par le prix Renaudot et le prix Goncourt des lycéens. En conférence de presse cannoise, pour expliquer son envie de porter à l'écran cette histoire, Roman Polanski cinéaste a expliqué : "Je n’ai jamais fait un film où deux femmes s’opposaient. Le côté thriller, c’est la première chose qui m’attirait. Je me sentais un peu sur mon terrain.". Et de préciser: "Olivier [Assayas] m’a énormément aidé.
Roman Polanski évoque sa manière d'appréhender les adaptations de livres :
Vous savez, j’ai adapté plusieurs livres ou pièces, mais la chose qui me préoccupe le plus, c’est de ne pas s’éloigner de l’œuvre que j’adapte. Jeune, j’étais souvent très déçu par les adaptations de films que j’aimais. Souvent l’histoire ne ressemblait plus. Là, Olivier Assayas a réussi du premier coup à réduire le livre à un scénario, d’un livre qui doit faire 500 pages mais qui ne perdait rien du livre." A ce propos, Olivier Assayas a indiqué qu'il avait été "flatté que Roman ait pensé à lui", et a expliqué s'être "mis au service de la vision de Roman Polanski. Je suis entre Delphine de Vigan et Roman, c’est ma place sur ce film-là."
Interrogée sur le fait qu'elle n'avait encore quasiment jamais tourné en français jusqu'ici, Eva Green a indiqué : "C’est Roman Polanski ! C’est un des plus grands metteurs en scène sur cette planète, c’est difficile de dire non ! Et aussi cette histoire, cette passion qui déraille était un sujet très attractif. " Et d'ajouter : "Ce qui m’a vraiment plu, c’est l’étrangeté du personnage. Pas lisse. On se pose constamment la question est ce qu'elle existe, est ce qu’elle n’existe pas ? Comment fait-on pour donner chair à ce genre de personnage ?"
Habitué des répétitions avec les acteurs en amont du tournage, Roman Polanski a dû s'en passer pour ce film-là. En effet, les producteurs souhaitaient que D'après une histoire vraie soit prêt pour le Festival de Cannes 2017, privant le cinéaste de répétitions, les délais étant trop courts.