Mặc dù Cô gái vượt thời gian không phải là bom tấn trong các rạp chiếu phim, nhưng bộ phim rất thành công và nhận được nhiều đánh giá tốt trong các liên hoan phim mà bộ phim tham dự. Tại liên hoan phim quốc tế Sitges lần thứ 39, bộ phim đã giành được danh hiệu Phim hoạt hình xuất sắc nhất. Bộ phim cũng đã đành Danh hiệu lớn dành cho phim hoạt hình tại Lễ trao giải phim Mainichi lần thứ 61. Danh hiệu Phim hoạt hình của năm của Viện hàn lâm Nhật Bản cũng đã được trao cho bộ phim trong lễ trao giải viện hàn lâm Nhật Bản lần thứ 30. Bộ phim cũng đã được đề cử nhưng không giành được giải thưởng Nihon SF Taisho. Bộ phim đã giành được Danh hiệu lớn dành cho thể loại phim hoạt hình tại Lễ hội Nghệ thuật Truyền thông Nhật Bản. Tại Hội chợ Anime Quốc tế Tokyo lần thứ 6 diên ra vào ngày 22 tháng 3 năm 2007, bộ phim đã được đề cử và giành danh hiệu Phim hoạt hình của năm. Bô phim đã giành được Giải phim truyện đặc biệt tại Liên hoan phim hoạt hình quốc tế Annecy lần thứ 31 diễn ra vào ngày 16 tháng 6 năm 2007. Tại Liên hoan phim Cinemanila diễn ra tại Manila, Philippines vào tháng 8 năm 2007 bộ phim đã được chiếu trong các rạp đầy người.