L'impératrice Catherine II est ici interprétée par Olga Antonova. Mais Elisabeth Bergner (dans Catherine the Great de Paul Czinner – 1934) et... Marlène Dietrich (dans L'impératrice rouge de Josef von Sternberg – 1934) s'emparèrent de la couronne de tsarine le temps d'un tournage.
Durant la préparation de La fille du capitaine, les chefs décorateurs Alexandre Tolkachev et Vladimir Yermakov prospectèrent les musées pour collecter une multitude d'objets d'époque, et consultèrent aussi quantité d'ouvrages de référence. Ils visitèrent au cours des repérages une quarantaine de villes, les environs de Saint-Pétersbourg et la région d'Orenbourg.
« Le souci de réalisme et d'authenticité qui a présidé à ce tournage me ravit, mais je suis triste à l'idée qu'aucun film de cette ampleur ne lui succédera dans un proche avenir, et que je n'aurai sans doute plus jamais l'occasion de collaborer à un projet aussi ambitieux. »
Pour les besoins du film, quelque 137 décors ont été construits, dont certains l'ont été dans la hâte. Il en est ainsi d'un logis pour Chvabrine, d'une écurie ou de l'église de la grand-place.
« Pouchkine en savait plus que nous tous sur notre patrie, et il me semble que rien de crucial ne s'est produit ici au cours des deux cents et quelques dernières années. Le vingtième siècle n'aura été qu'une suite de guerres fratricides ou autodestructrices. C'est pourquoi l'œuvre de Pouchkine a gardé toute son actualité. »
La Fille du Capitaine porte à l'écran deux nouvelles d'Alexandre Pouchkine, d'une part «La Fille du Capitaine», et d'autre part, «L'Histoire de la Révolte de Pougatchov».
Les conditions climatiques très dures ont en premier lieu touché les caméras, qui gelaient après quinze minutes d'exposition au froid. Les techniciens étaient obligés de maintenir trois caméras au chaud sous les projecteurs afin de ne pas trop perturber le plan de travail du film.