賽斯羅奇海在2006年開始撰寫《少女殺手的奇幻旅程》劇本，寫完後故事開始進入籌拍階段。曾多次成功的將原創故事改編成電影，並曾製作過《濃情巧克力》等片的製作人雷斯里荷拉蘭說，拍攝一部由原創故事改編的電影很自由，但同時也很可怕，不只有漢娜要踏上探險之旅，花好幾年的時間去發展拍攝這個故事本身，也是一趟旅程。「賽斯將漢娜塑造的很神秘，她是個出現在一個很奇怪的空間，也就是我們所處世界的陌生人，我對於她和人群的互動關係給深深吸引住。」

荷拉蘭補充說：「我希望找一個導演，對他而言，拍《少女殺手的奇幻旅程》這部片就像是啟程一樣。喬萊特的強烈視覺風格不只帶領觀眾去探索這個童話故事，同時他透過動作場面、角色和社會觀點讓電影更精彩，傳達出女性的力量。我相信，藉由喬萊特和莎雪間的默契和莎雪本身的演技，會讓喬萊特更有自信和企圖去呈現出這個題材。」

當喬萊特確認被選為《少女殺手的奇幻旅程》的導演後，荷拉蘭說：「喬萊特約我討論許多故事片段，有些是當初2006年劇本裡就有的，有些是之後增加的部分。我感覺得到喬萊特知道我想拍什麼，我也看得出來他自己想表達的部分，我們對角色的看法一致，能一起重回漢娜的世界是相當令人興奮的。」



在電影開場的第一段，觀眾會看到漢娜身邊唯一出現的人，就是她喪妻獨身的父親艾瑞克。飾演艾瑞克的艾瑞克巴納回憶道：「我從沒看過這樣的腳本，我很喜歡這部片以青少女做為主角，對於像莎雪這個年紀的演員而言是很棒的機會，而導演對故事的詮釋也很吸引我，所以我很快決定加入劇組拍攝。隨著漢娜長大，她的父親交出控制權後，她開始得承擔責任。身為人父，漢娜的遭遇就像每對父母面對小孩首次學習獨立的過程，但她的經歷卻是放大版的夢饜。」

艾瑞克巴納同時也被艾瑞克這個角色的複雜性所吸引。他說：「艾瑞克身上有很多傳統父親的特質，他是保護者，同時也是教師。他不斷訓練漢娜在體能和心智上去面對挑戰，所以他也像是個殘酷的士官長。當父母越是努力去保護小孩，小孩面臨的衝擊將愈大，漢娜就是這樣而身處在危險之中。」漢娜最大的威脅，是來自由奧斯卡影后凱特布蘭琪飾演的瑪莉莎威勒，這位冷酷無情、任職於中情局總部的探員過去曾和艾瑞克共事。

布蘭琪說：「瑪莉莎活在謊言和秘密中，她全心全意投入工作。」為了研究片中角色，凱特布蘭琪特地和中情局探員討教，打聽了解中情局總部探員和其他外派特勤間的緊張關係。瑪莉莎在90年代曾在德國進行臥底工作，某次她和艾瑞克的行動失敗取消，從此她對中情局抱著極大的怨恨和自責。當艾瑞克和漢娜以專業的特務身分出現在她眼前並造成威脅時，她開始想佔有這個小女孩，就好像童話糖果屋裡的巫婆一樣，童話故事的元素讓故事更有張力。



跟莎雪羅南一樣，凱特布蘭琪過去也曾跟導演喬萊特合作過，她說：「我原本要和喬萊特合作拍攝某部電影，但後來計畫取消。之後，喬萊特拿了《少女殺手的奇幻旅程》劇本給我看，我看完非常吃驚，連我的老公都發現，我從沒對任何一個腳本產生這麼大的反應。對導演而言，瑪莉莎的德州背景是很重要的一塊，所以我盡量巧妙的去模仿當地口音，但也盡量不讓它太搶戲。」

同樣加入劇組的還有喬萊特合作多年的夥伴，曾三次入圍奧斯卡美術設計的莎拉格蘭伍德。格蘭伍德說，這部片在美術設計、服裝和表演上都穿插了童話故事的元素在裡頭，並將那樣的質感表現在片頭。「許多童話故事源自於對小朋友的警告，當漢娜踏入瑪莉莎居住的世界時，她很快就得到教訓。」服裝設計露西貝茲補充說：「有時候，表達出黑暗童話故事的觀點是很下意識的，例如導演將瑪莉莎塑造成可怕的巫婆，所以我們就將瑪莉莎的代表色安排成紅色和綠色，但有時候我們也會比較彈性開放的做一些安排，比如像漢娜和艾瑞克居住的小屋。」

格蘭伍德的團隊裡通常會有場景裝潢師凱蒂史賓瑟，她和當地的工匠一塊合作。根據艾瑞克巴納形容，史賓瑟和木匠在森林裡蓋了一間很符合劇中角色居住的小木屋，並讓它看起來像一棟舊舊的老房子。凱特布蘭琪補充說：「導演利用他家中經營玩偶劇院的背景，將童話故事的美學帶到電影中。同時，導演還創造了一個很開放的工作環境，讓演員從錯誤中去做出比較好的決定。另外，喬萊特也很重視拍攝細節，他會一下子幫我整理衣服摺邊，一下子又幫忙油漆場景，一下子又調整攝影鏡頭，非常投入在拍片的各項細節。」