Le Mystère Henri Pick est tiré du livre du même nom de David Foenkinos, un auteur déjà adapté au cinéma avec La Délicatesse, Les Souvenirs et Je vais mieux. Rémi Bezançon a été séduit par le genre hybride de l'enquête littéraire et par l'idée de changer d'univers après avoir livré des longs métrages introspectifs. Avec Vanessa Portal, co-scénariste régulière de ses films, le réalisateur a choisi de se concentrer sur le personnage du critique littéraire Jean-Michel Rouche alors que le roman est une oeuvre chorale : "Dans le livre, il n’apparaît qu’à la moitié du récit. On a voulu en faire le personnage principal et que ce soit lui qui mène l’enquête. C’est une variation de la même histoire, un autre point de vue".
Rémi Bezançon a envisagé l'enquête comme un MacGuffin, c'est-à-dire un prétexte (qui prend souvent la forme d'un objet mystérieux) à développer le scénario. Ce concept, associé à Alfred Hitchcock qui ne l'a pas inventé mais popularisé, a notamment été utilisé dans Les 39 marches (dont on voit un extrait dans Le Mystère Henri Pick), La Mort aux trousses, En quatrième vitesse, Pulp Fiction ou encore Mission : Impossible III. Rémi Bezançon reconnaît cependant que contrairement au MacGuffin traditionnel, celui de son film existe et a une valeur symbolique : "un livre est un objet autrement plus signifiant qu’un microfilm ou une valise de billets. Il nous a permis d’évoquer directement notre thème principal, l’inconstante frontière entre fiction et réalité".
Fabrice Luchini a été envisagé pour le rôle de Jean-Michel Rouche dès la lecture du roman par Rémi Bezançon. Une semaine après avoir reçu le scénario, le comédien a accepté et a recommandé Camille Cottin avec laquelle il avait joué dans un épisode de Dix pour Cent. Il se trouve que l'actrice avait déjà tourné avec Bezançon dans Nos futurs. Leurs retrouvailles sonnaient donc comme une évidence.
Aux côtés de ce duo, le casting est principalement composé de gens venus du théâtre (Josiane Stoléru, Vincent Winterhalter, Florence Muller, l’humoriste Marc Fraize). Notons également la participation d'Hanna Schygulla, égérie de Fassbinder.
Le Mystère Henri Pick montre qu'un livre peut bouleverser une vie. Pour Vanessa Portal, ce livre est Le Blé en Herbe de Colette tandis que pour Rémi Bezançon, il s'agit des Contemplations de Victor Hugo ("De lui vient mon goût pour les mots. Les siens sont puissants et justes"). Fabrice Luchini cite Voyage au bout de la nuit de Louis-Ferdinand Céline découvert à l'âge de 17 ans : "Il est impossible d’expliquer le génie de cet auteur, son aptitude unique à restituer dans la langue écrite l’émotion du langage parlé en quelques mots sans verser dans des lieux communs". Enfin, Camille Cottin évoque Harold et Maude de Colin Higgins dont l'histoire l'a touchée au point d'en pleurer à la fin ainsi que King Kong Théorie de Virginie Despentes qui lui a ouvert les yeux sur l'instrumentalisation de la femme occidentale.