Un précédent film centré sur les personnages d'Hana et Alice avait déjà été réalisé en 2004, en live. Les actrices de l'époque ont de nouveau interprété leurs rôles, en prêtant cette fois leur voix à leurs personnages.
Shunji Iwai est particulièrement reconnu dans le monde de l'animation. On parle concernant ses travaux d'une "esthétique Iwai", qui le permet de se distinguer de ses contemporains. Hana et Alice mènent l'enquête est le premier long-métrage d'animation d'Iwai, qui en a également signé la bande originale.
Hana et Alice mènent l'enquête a été présenté en compétition officielle au Festival international du film d’animation d’Annecy.