Bis Repetita est le premier long-métrage d'Émilie Noblet. Elle a auparavant été cheffe-opératrice sur des courts et moyens-métrages, et deux longs, Jeune Femme de Léonor Serraille et Tout ce qu'il me reste de la révolution de Judith Davis. Elle est ensuite passée à la réalisation sur des séries comme Irresponsable, Loulou, HP et Parlement, où elle dirigeait déjà Xavier Lacaille.
Avec le personnage de Louise Bourgoin, la réalisatrice Émilie Noblet et la scénariste Clémence Dargent voulaient s'amuser avec le cliché de la fonctionnaire payée à ne rien faire, "mais pour imaginer un personnage d’enseignante inattendue, irrévérencieuse et attachante à la fois". Individualiste et menteuse, c'est une anti-héroïne qui s’éloigne ainsi de l’idée commune qu’on se fait d’un personnage féminin au cinéma.
Pour écrire ses personnages, la réalisatrice s'est fondée sur la personnalité de ses acteurs. Elle a donc composé les caractérisations et réécrit pendant le casting, avec l’aide de Christel Baras. "Je suis partie sans idée préconçue sur les personnages, sans vouloir faire un panel des adolescents aujourd’hui en France, et me suis inspirée de ces rencontres. [...] Gabin, dans le scénario, faisait des tutos de maquillage, mais je ne voulais pas problématiser ce personnage autour de la question de son identité sexuelle – le maquillage joue un rôle important dans le film avec, notamment, la figure de la Gorgone. J’ai rencontré des comédiens très proches du rôle, mais c’est Stylane que j’ai choisi, un ado en survêtement qui ne connaissait à peu près rien au maquillage. Je voulais me laisser surprendre et j’ai ainsi essayé de caster indifféremment tous les genres pour différents rôles."
Émilie Noblet est une fan de comédie romantique et a construit son scénario de manière classique, pour ensuite "doser la caractérisation des personnages et les pas de côté relatifs au respect des genres". Ce qui l'intéressait surtout, c'était de trouver une forme de réalisme dans la représentation du sentiment amoureux et de construire la relation entre ses deux héros hors des lieux communs de la comédie romantique. C'est pourquoi, par exemple, ses personnages ne s'embrassent jamais.
Émilie Noblet a été séduite chez Louise Bourgoin par "Le contraste entre sa beauté, son aplomb, son humour décalé, son don de la pique". Le fait qu'elle ait été prof d’arts plastiques l'intéressait également. Quant à Xavier Lacaille, elle le connaissait déjà pour l'avoir dirigé dans la série Parlement : "Xavier est doté d’une générosité naturelle qui résonnait fort avec l’idée que je me faisais de Rodolphe. C’est quelqu’un d’intègre et de passionné comme son personnage". Elle lui a même proposé d'être consultant à l'écriture.
Le tournage s'est déroulé en partie en Italie, plus précisément à Naples car la réalisatrice voulait absolument tourner à Pompéi. "Cet endroit a été un choc esthétique immense pour moi. Lorsque je vivais à Rome, mes voisins napolitains m’ont fait découvrir la Villa Campolieto à Ercolano, où nous avons eu la chance de pouvoir tourner", se souvient la réalisatrice.