Kịch bản bộ phim được Hãng phim Phương Nam đặt hàng đạo diễn Việt Linh viết và đã được hoàn thành trong năm 2013[8]. Kịch bản của bộ phim do Việt Linh, Victor Vũ và Đoàn Nhật Nam chuyển thể từ tiểu thuyết cùng tên của nhà văn Nguyễn Nhật Ánh[2]. Bộ phim đã được dự kiến bấm máy vào cuối năm 2014, với các cảnh quay chủ yếu ở Phú Yên, với một số phân đoạn ở huyện Vạn Ninh, tỉnh Khánh Hòa và Thành phố Hồ Chí Minh[9][10]. Ban đầu có tên "Hoa vàng trên cỏ xanh", đây là bộ phim đầu tiên của Victor Vũ không do chính anh viết kịch bản[11]. Kinh phí của bộ phim khoảng gần 20 tỷ đồng.[2] Đây là bộ phim đầu tiên được sản xuất theo mô hình hợp tác giữa nhà nước và tư nhân, phải 3 năm sau đó mới có bộ phim thứ hai là Thạch Thảo tiếp tục mô hình này.[12]

Những hình ảnh đầu tiên trong quá trình quay phim đã được đăng tải trên trang Facebook của đạo diễn Victor Vũ[13]. Ngày 8 tháng 5, 2015, một video trailer dài 2 phút 19 giây được phát tán trên mạng, thu hút sự chú ý của cộng đồng mạng. Tuy nhiên, nhà sản xuất cho biết đây chỉ là trailer nháp và kêu gọi các trang mạng gỡ bỏ đoạn video này[14]. Ngay sau đó, vào ngày 11 tháng 5, trailer chính thức của bộ phim đã được tung ra[15]. Video hậu trường phim cũng được đăng tải vào ngày 19 tháng 6, bật mí nhiều quá trình thực hiện các cảnh quay. Đoạn phim thu hút hàng trăm ngàn lượt xem và chia sẻ.[2]

Tại Việt Nam, bộ phim chính thức khởi chiếu từ ngày 2/10/2015[2]. Tuy nhiên, ngay từ ngày 30 tháng 9, Tôi thấy hoa vàng trên cỏ xanh đã có hơn 200 suất chiếu sớm trên toàn quốc.[16] Bộ phim sẽ được công chiếu tại Nhật Bản vào ngày 19 tháng 8 năm 2017.[17]