Milla est une adaptation de la pièce Babyteeth de Rita Kalnejais. Les productrices Jan Chapman et Alex White ont eu un coup de cœur pour la pièce et ont décidé de la porter à l’écran. La réalisatrice Shannon Murphy, dont c’est le premier long-métrage, a rejoint le projet plus tard : « J’avais lu pas mal de scénarios qui auraient pu devenir mon premier film, mais celui-ci m’avait émue, et j’y ai retrouvé exactement mon sens de l’humour. La façon dont Rita Kalnejais refuse le sentimentalisme me plaisait beaucoup. »
Le film est découpé en plusieurs chapitres, chacun accompagné d’un titre. Ces chapitres n’étaient pas présents dans la pièce d’origine, Rita Kalnejais les a ajoutés comme des indications d’émotions auxquelles les acteurs devaient penser. La réalisatrice a décidé de les inclure dans le film : « Ils permettaient de montrer le passage du temps sans répondre de façon trop précise à la question : quel jour est-on ? Ils représentent la voix intérieure de Milla. »
Désireuse d’avoir une narration directe et authentique, la réalisatrice s’est inspirée de films comme Une femme sous influence de John Cassavetes et Breaking the Waves de Lars von Trier. « Malgré son désordre, le chaos qui semble y régner, Milla s’enracine dans le réel. Les gens pourraient se conduire comme ça, parler comme ça. Il fallait échapper à tout excès de sentimentalisme, parce que dans le monde réel, les gens ne disent pas : "Voyez comme je suis malade, voyez comme c’est triste." Ce n’est pas la réalité de ces expériences. »
Eliza Scanlen a appris le violon en deux semaines et s’est rasée la tête pour les besoins du film. « Eliza a passé beaucoup de temps à construire le personnage, à prendre des notes. C’est une bosseuse », témoigne la réalisatrice.