24 heures de la vie d'une femme est adapté du roman écrit en 1934 par Stefan Zweig. Les personnages d'Olivia (Bérénice Bejo) et de Louis âgé (Michel Serrault) ont été rajoutés par Gilles Taurand et Laurent Bouhnik pour donner une tonalité contemporaine à l'oeuvre originale. Celle-ci a déjà fait l'objet de plusieurs adaptations dont une allemande en 1931, une anglaise en 1952 avec Merle Oberon et une française en 1968.
Les costumes, et surtout les robes, expriment aussi un souci de correspondance avec chacune des époques. Laurent Bouhnik voulait pour 1913 des robes au style plutôt organique. Comme l'eau est assez présente dans ces séquences, Pierre-Yves Gayraud s'est inspiré des dessins et couleurs de l'artiste viennois Ernst Heckel qui a beaucoup travaillé sur le monde maritime. Pour 1936, il s'est penché sur l'idée de transparence et de noir et blanc à partir d'un livre de photos des années 30 signées Honigen et de peintures de plage. Les tenues en 2001 tendent quant à elles vers l'intemporel : les costumes de Michel Serrault ne sont pas trop marqués par un style contemporain et les robes de Bérénice Bejo rappellent les couleurs de celles d'Agnès Jaoui.
Incarner l'héroïne de Zweig fut un véritable rôle de composition pour Agnès Jaoui qui joue ici son premier film en costumes. Elle a notamment travaillé sa démarche, son maintien et sa voix, tant pour incarner Marie en 1913 qu'en 1936.
De nombreuses autres oeuvres de Stefan Zweig ont fait l'objet d'une adaptation au cinéma. Brûlant Secret a notamment été porté à l'écran en 1933 par Robert Siodmak et en 1988 par Andrew Birkin ; La Peur en 1936 par Viktor Tourjansky et en 1954 par Roberto Rossellini ; Amok en 1934 par Fedor Ozep, en 1944 avec Maria Felix, et en 1993 avec Fanny Ardant ; Lettre d'une inconnue en 1948 par Max Ophüls ; Volpone en 1941 avec Harry Baur et Louis Jouvet ; Marie Antoinette en 1938 avec Norma Shearer ; La Pitié dangeureuse en 1946 avec Lilli Palmer et Le Joueur d'échecs en 1960 avec Curd Jurgens.
Les trois époques du film sont retranscrites à travers trois lumières différentes. 1913 est dominé par le rouge et le vert. Le rouge flamboyant pour exprimer la richesse de l'aristocratie. Et le vert pour la décadence d'une caste qui ne tardera pas à disparaître. 1936 est teinté d'un beige défraîchi pour décrire un monde atone empêtré dans ses certitudes, mais sentant le danger d'un prochain conflit. Enfin, la cruauté et la violence de notre époque sont symbolisées par des lumières aux couleurs vives et tranchées, créées par des néons de différents coloris.
Le casino a été inspiré par celui de la jetée de Nice, construit en 1885 et détruit pendant la Seconde Guerre Mondiale, qui prenait lui-même modèle sur celui de Brighton en Angleterre. Laurent Bouhnik a fait appel pour concevoir l'établissement du film à l'un des plus grands dessinateurs de bandes dessinées italiens, Tanino Liberatore. Il a notamment fourni les dessins des sculptures, des portes, des gargouilles et du kiosque en s'inspirant de la tendance Art Nouveau de l'époque.