Đặng Nhật Minh viết kịch bản Cô gái trên sông sau chuyến đi thực tập điện ảnh ngắn tại Paris, Pháp.[2] Ông chia sẻ từ hồi kí của mình, "Sau khi đi thực tập về điện ảnh một thời gian ngắn ở Paris về, tôi bắt đầu viết kịch bản Cô gái trên sông mà tôi đã có ý định từ trước như một món nợ tinh thần đối với xứ Huế, quê hương tôi. Cô gái trong kịch bản chính là cô gái trong bài thơ của nhà thơ Tố Hữu "Tiếng hát sông Hương". Cô gái đó tượng trưng cho nhân dân khổ đau hy vọng vào một ngày mai tươi sáng, hết lòng che chở cho cách mạng. Nhưng khi thành công rồi thì một số người đã quay lưng lại với họ."[3] Đạo diễn Minh cho biết đã mời nhạc sĩ Trịnh Công Sơn soạn nhạc cho phim, "Tôi bỗng nghĩ đến nhạc sĩ Trịnh Công Sơn, một người rất nặng lòng với Huế, bèn gọi điện vào Thành phố Hồ Chí Minh. Chỉ cần nói tôi đang ở Huế, đang làm một phim về Huế, và có ý định mời Sơn làm nhạc cho phim, lập tức anh nhận lời ngay không chút do dự, mặc dầu chưa biết nội dung phim. Sau này khi phim đã dựng xong hình ảnh đem vào thành phố Hồ Chí Minh để lồng tiếng tôi mới chiếu cho Sơn xem để làm nhạc... Hôm thu nhạc cho phim Sơn bị sốt cao nhưng vẫn cố đến phòng thu để theo dõi, sửa chữa những chỗ cần sửa, làm việc với dàn nhạc do nhạc sĩ Phạm Trọng Cầu chỉ huy. Âm nhạc mềm mại và sâu lắng của Sơn đã hỗ trợ cho phim rất nhiều."[3]

Về vấn đề đóng cảnh nóng, diễn viên Minh Châu và đạo diễn Đặng Nhật Minh đã giận nhau khi bà từ chối đóng những cảnh hở hang mà lúc đầu được cho biết sẽ có người đóng thế. Sau đó, quay phim Phạm Việt Thanh phải gặp riêng chị để làm “công tác tư tưởng”, gần như là năn nỉ. “Châu ơi, bây giờ phim thành công hay không chỉ phụ thuộc vào mỗi nhân vật của Châu thôi đấy”. Đến khi quay xong, chị và đạo diễn Đặng Nhật Minh cũng không nói chuyện với nhau một thời gian, tất cả mọi trao đổi đều nhờ người khác chuyển lời.[4] Nhưng sau những nỗ lực thuyết phục của Thanh, Minh Châu đã đồng ý với điều kiện cảnh quay chỉ “nóng” ở một mức độ nào đó.[2][5] Sau diễn xuất tuyệt vời của Minh Châu, ông hài lòng nói, "Tôi tin ở sự lựa chọn của mình và quả thực Minh Châu đã hoàn thành xuất sắc vai diễn này".[3]