La réalisatrice Chantal Richard, sa productrice Blanche Guichou et Samba Touré, beau-frère de la cinéaste et habitant d'Agnam, ont préparé le film deux ans en amont. Les habitants du village ne parlant pas français, le script fut traduit en pulaar puis enregistré sur des cassettes audio. Des réunions et des discussions furent organisées pour que chacun comprenne ce qu'il avait à faire et comment le film pouvait devenir un outil pour le village. Cependant, la plupart des acteurs africains qui jouent dans le film interprètent leur propre rôle. En effet, la fiction n'évoque rien de connu pour eux, et aucun n'avait été au cinéma auparavant. La réalisatrice confie qu'elle avait parfois l'impression de faire figure de "pionnière".
Lili et le baobab a été tourné dans le village sénégalais d'Agnam. Chantal Richard connait bien très bien ce village : elle y avait déjà tourné en 1996 La Vie en chantier, inspirée de l'expérience de sa soeur jumelle. "Elle emmenait de jeunes Français en difficulté suivre une formation aux métiers du bâtiment et de l'agriculture, conjointe à celle de jeunes Africains de leur âge. Quand je suis allée la voir, j'ai été très impressionnée par la façon dont cette expérience bouleversait leurs vies. L'année suivante, j'y retournais avec une caméra et l'envie de comprendre où et comment l'Afrique touchait leur intimité. Cela a donné La Vie en chantier."
Chantal Richard a beaucoup puisé dans ses expériences personnelles pour écrire le scénario de Lili et le baobab. Le personnage d'Aminata lui a été inspiré par son amie, qu'elle a rencontré en 1994 à Agnam. Elle évoque également son statut de seconde mère (elle revendique la maternité des quatre enfants de la femme dont elle partage la vie) ; son fils adoptif de 12 ans, qu'elle portait déjà dans ses bras durant le tournage de son documentaire La Vie en chantier, joue d'ailleurs un petit rôle dans Lili et le baobab.
Pour le rôle de Lili, Chantal Richard cherchait une actrice de 30 ans, qui n'aurait pas tout à fait grandi mais qui porterait une véritable liberté en elle. Si en écrivait le scénario elle n'avait pensé à aucune comédienne en particulier, Romane Bohringer s'est très vite imposée dans l'esprit de la réalisatrice, comme "une évidence". Chantal Richard ajoute que sa première rencontre avec l'actrice a "confirmé ce pressentiment en trois minutes, comme un coup de foudre. Les questions de dates, d'argent, etc. ont tout de suite été accessoires. On ferait le film ensemble, c'était sûr". Et la réalisatrice se dit au final très contente de son travail avec Romane Bohringer : "elle est devenue quelque chose comme "mon enfant de cinéma", mon prolongement."
Le film se passant au Mali, Lili se trouve confrontée à des hommes parlant une langue qu'elle ne comprend pas, le pulaar. Chantal Richard a choisi de ne pas sous-titrer les propos tenus dans cette langue, le long métrage étant l'expérience d'une Occidentale dans un pays où elle ne peut pas se servir du langage comme moyen de communication. Selon la réalisatrice, cette expérience sensitive n'aurait pas été ressentie par le spectateur si les sous-titres étaient apparus à l'écran, et le film aurait basculé dans un autre point de vue.
Le personnage d'Aminata, la jeune femme peule, est quasiment muet. Selon Chantal Richard, ce silence est bien plus profond que toutes les banalités qui peuvent être dites sur l'Afrique par des Occidentaux et essayer de l'interprèter reviendrait à trahir l'esprit d'un peuple. "Quand on tourne un film comme le mien, on est saisi de demandes de discours sur l'Afrique. Mais ça fait plus de douze ans que je vais dans ce village et je n'ai toujours pas la compréhension intime de cette communauté. Je suis très prudente sur les généralités un peu superficielles que je pourrais raconter".
Le baobab est une représentation de l'Afrique : sa solidité, ses racines représentent les valeurs traditionnelles africaines. Selon Chantal Richard, "il offre aussi la vision d'un d'arbre généalogique à construire, des branches offertes au ciel où chacun pourrait s'asseoir et prendre sa place. Au fond, Lili construit son baobab".
On ne voit pourtant qu'un seul baobab dans le film : dans la scène où Lili s'évanouit. Mais la réalisatrice n'en a filmé que le tronc, jugeant qu'il est "difficile de filmer cet arbre sans faire une carte postale".