Lune de Miel est le premier long métrage d’Élise Otzenberger qui, à l’origine, est actrice. Débutante chez Gérard Jugnot dans Meilleur Espoir Féminin en 1999, elle écrit et met en scène, plus tard en 2006, un one woman show, un monologue intitulé ‘Mon Hollywood... Cher Monsieur Spielberg’. Elle y converse avec le cinéaste américain mais révèle bien des choses personnelles. On la voit toujours au cinéma dans Après Vous de Pierre Salvadori, La Jungle de Matthieu Delaporte ou Agathe Cléry d’Etienne Chatilliez. Quand elle joue dans la série Off Prime, diffusée sur M6, Simon Astier qui est au scénario lui propose d’être coautrice sur la seconde saison. Ce qui déclenche chez elle l’envie d’écrire son premier long métrage.
Bien qu’il s’agisse d’une fiction, Lune de Miel a une base autobiographique. Dix ans auparavant, entre son mariage et la naissance de son premier enfant, Élise Otzenberger a entrepris le même voyage que Anna et Adam, ses personnages. « Je ne suis pas du tout religieuse, explique-t-elle, j'ai été élevée par des parents athées, très post-soixante-huitards, pour qui la religion n'était pas une préoccupation. Mais quand même avec une transmission forte de l'identité juive, très axée sur la Shoah. De façon paradoxale, ils me répétaient : quand tu seras grande, tu choisiras la religion que tu veux... Tout en m'expliquant clairement que j'étais juive ! »
Arthur Igual, interprète de Adam, est le premier à rejoindre le projet. La réalisatrice a complètement craqué sur ce comédien après l’avoir vu dans Petit Tailleur, court métrage de Louis Garrel, mais aussi au théâtre où il mène le principal de sa carrière. On a également pu admirer ses talents dans Le Bureau des Légendes, la série créée par Eric Rochant ou Mal de Pierre de Nicole Garcia. Élise Otzenberger a ensuite recruté Judith Chemla quand elle a vu Camille Redouble : « Peu d’actrices sont capables d'avoir à la fois un tempérament comique très fort et la profondeur nécessaire à des scènes plus graves » dit-elle de sa comédienne. Pour l’anecdote, Judith Chemla et Arthur Igual se connaissaient un peu avant le tournage, pour avoir été au Conservatoire en même temps.