Belle de jour est tiré du roman homonyme de Joseph Kessel. Luis Buñuel et le scénariste Jean-Claude Carrière prirent des libertés par rapport à l'oeuvre originale, mais l'écrivain ne leur en tint pas rigueur, bien au contraire. La majorité des films de Buñuel sont des adaptations d'oeuvres littéraires : pour exemples, Tristana est l'adaptation d'une nouvelle de Bénito Pérez Galdòs et Cet obscur objet du desir (1977) est tiré du roman de Pierre Louÿs La Femme et le pantin.
Luis Buñuel vient de tourner Le Journal d'une femme de chambre en collaboration avec l'écrivain Jean-Claude Carrière, lorsqu'en 1966 les frères Hakim lui proposent d'adapter le roman de Joseph Kessel. Après un tournage au Mexique pour Simon du désert, il revient en France et remanie, avec celui qui deviendra son scénariste fétiche, l'histoire d'un roman qu'il trouve trop mélodramatique mais bien construit. Belle de Jour satisfera son désir de metteur en scène aimant mêler indistinctement rêve et réalité à l'écran.
Les producteurs de Belle de Jour proposent au cinéaste de travailler avec Catherine Deneuve, jeune actrice connue en France pour son rôle de jeune fille pudique et spirituelle des Parapluies de Cherbourg de Jacques Demy, mais aussi pour son rôle de créature blessée, démon au visage d'ange dans Répulsion de Roman Polanski. Or Buñuel n'a jamais caché sa préférence pour des actrices plus félines et séductrices telles Jeanne Moreau. Sa première impression lui fera simplement dire de Catherine Deneuve dans Conversations avec Luis Buñuel : "Son genre m'a paru convenir pour le personnage : très belle, réservée et étrange. Je l'ai acceptée."
Cette même scène où l'héroïne participe à une cérémonie macabre a en réalité été inventée par Buñuel. Catherine Deneuve, couronnée de fleurs, devait être nue mais s'y refusait. Après négociations, elle accepte de laisser apparaître ses formes en transparence sous un long voile noir. Buñuel ordonne que l'on évacue le plateau et la scène peut être tournée. "Pendant le tournage, j'ai remarqué qu'elle ne me comprenait pas", confia-t-il. "Elle se plaignait à quelqu'un : "Je ne comprends pas pourquoi je dois faire telle chose. On lui répondait : Il faut faire ce que Buñuel te demande. " Elle ne voulait pas que l'on voie sa poitrine, alors la coiffeuse la cachait avec un tissu. A un moment elle devait apparaître nue en train d'enfiler un bas et, pour éviter qu'on en voie ses seins lors d'un mouvement, on les lui maintenait à l'aide d'un taffetas". (Conversations avec Luis Buñuel)
Le témoignage de Catherine Deneuve insiste sur les difficultés de leur relation: "C'est bien de subir ce genre de contraintes, mais on doit aussi travailler de son plein gré. Là, je n'ai pas dépassé le premier stade : celui de la contrainte. J'étais trop jeune peut être. Séverine ressemble aux obsessions de Buñuel, pas à moi." L'actrice avoue avoir peu communiqué avec le cinéaste dont elle désapprouvait certaines extravagances. "Finalement, Buñuel ne voulait pas de quelqu'un aussi farouchement réservé que moi. Il m'a utilisée, j'ai suivi, c'est tout" (Ciné Revue 1967 ). Sa soeur Françoise Dorléac a dû venir sur le tournage afin de l'aider à en surmonter les tensions.
En 1970, Catherine Deneuve retrouve Luis Buñuel dans Tristana. Par-ailleurs, Michel Piccoli est l'acteur français fétiche du réalisateur : on le retrouve dans La Mort en ce jardin (1956), Le Journal d'une femme de chambre (1964), La Voie lactee (1969), Le Charme discret de la bourgeoisie (1972) et Le Fantôme de la liberté (1974).
Pour Tristana (1969), Buñuel songe d'abord à Sylvia Pinal mais des contretemps le pousse à choisir finalement Catherine Deneuve. Le réalisateur avoue s'être rendu compte lors du visionnage de Belle de Jour, de qualités chez l'actrice qu'il n'avait pas soupçonnées et qu'il jugeait encore inexploitées. Le choix de l'interprète de Tristana a étonné la critique, surprise de retrouver l'actrice française dans le rôle le plus espagnol de Buñuel. "Catherine Deneuve n'est pas précisément mon type de femme, mais boiteuse et maquillée, je la trouve très attirante", ironisera le cinéaste. Le tournage s'est très bien passé ajoutera l'actrice, concluant ainsi positivement sur l'échange particulier et intense qui eut lieu entre eux.
Buñuel regrettera certaines coupes du film imposées par la censure. La scène du cercueil aurait dû par exemple se dérouler dans une chapelle privée, après une messe célébrée au-dessous d'une copie du Christ de Grünewald dont le corps torturé impressionnait le cinéaste. La suppression de cette scène a complètement changé selon lui le sens qu'il aurait voulu y donner.
L'une des questions les plus fréquentes et obsédantes posées à Buñuel concerne la petite boîte qu'un client asiatique apporte avec lui dans la maison close et dont le contenu scandalise toutes les prostituées, à l'exception de Séverine plutôt intéressée. Le cinéaste avoue n'avoir jamais réfléchi à ce qu'elle aurait pu renfermer. "Ce que vous voudrez", répondait-il dès lors inlassablement.
Dans Belle de jour, Buñuel explore ses thèmes favoris : la bourgeoisie, la place de la femme, l'amour et la sexualité. Tristana (1970), Le Charme discret de la bourgeoisie (1972) et Cet obscur objet du desir (1977) s'inscrivent dans la même lignée.
Grand succès public, Belle de Jour a remporté un Lion d'Or au Festival de Venise, le prix du meilleur film de la critique française et une nomination de la meilleure actrice pour Catherine Deneuve aux British Awards. La jeune femme revêt dès lors l'étoffe d'une star internationale. Martin Scorsese promouvra le film lors de sa re-sortie en 1996 aux Etats-Unis.
De nombreuses oeuvres de Joseph Kessel ont été portées à l'écran, dont Les Amants du Tage (1955, Henri Verneuil) et L' Armee des ombres (1969, Jean-Pierre Melville). L'auteur est également scénariste à ses heures : on lui doit notamment plusieurs films d'Anatole Litvak, dont Mayerling (1936) et La Nuit des généraux (1966).
Le Journal d'une femme de chambre (1964) marque le début de la collaboration entre Luis Buñuel et Jean-Claude Carrière. S'ensuivent Belle de jour (1967) et La Voie lactee (1969). En 1972, ils participent à l'écriture du film Le Moine réalisé par Adonis Kyrou. Puis ils écrivent ensemble deux autres films réalisés par Buñuel : Le Charme discret de la bourgeoisie (1972) et Cet obscur objet du desir (1977).
C'est Yves Saint-Laurent qui habille Catherine Deneuve dans Belle de jour. L'actrice est d'ailleurs l'une des égéries de la célèbre marque. Elle porte des créations du couturier dans plusieurs autres films : La Chamade (1968, Alain Cavalier), La Sirène du Mississippi (1969, François Truffaut) et Les Prédateurs (1983, Tony Scott).