本作の主人公の紺野真琴は、アニメの登場人物として初めてアスキーのパソコン雑誌『週刊アスキー』（2006年8月15日号）の表紙を飾った。舞台のモデルの一つとなった東京国立博物館では、2014年10月に本作を夜間に野外上映する催しが行われた。公開10周年となる2016年7月にも2日間企画されたが、うち1日については雨天のため、有料優先券購入者のみを対象とした館内上映となった。野外上映がおこなわれた日は6500人を超える観客が集まり、日本における長編映画の野外上映では最大級の動員となったという。当作は主題歌を担当した奥華子にとっても出世作の一つとなった。奥は自身のライブ・コンサートにて観客にアンケート用紙を書いて提出するよう求めることが多く、アンケート用紙の中に奥を知るきっかけになった経緯を尋ねる質問が設けられることがあり、その質問がある場合は選択欄に「『時をかける少女』関連」という選択項目が設けられている。また、奥はこの作品を通じて細田およびスタジオ地図とは現在も交流があり、細田作品の新作が作られる度に公開前に新作を鑑賞させてもらっているという。また、大規模なライブ・コンサートを行う時はコンサート会場に花輪を贈呈されることもある。
監督の細田が演出を務めたテレビアニメ『おジャ魔女どれみドッカ〜ン!』第40話（2002年11月10日放送）を見たマッドハウス取締役の丸山正雄が筒井作品のアニメ化を持ちかけたのがきっかけである。この第40話には、魔法を捨てた魔女・未来が登場し、未来の声優を務めたのは大林版『時をかける少女』で主役を演じた原田知世であることから、『時をかける少女』のオマージュではないかという見方もある。アニメ化については原作から大きく変更されているが、これは原作の面白さを伝えるためには今風の主人公を出すべきという細田の考えによるものである。また、脚本の奥寺と相談した結果、『時をかける少女』にある「SF」「恋愛」「青春」のうち原作が「SF」を、大林版『時をかける少女』が「恋愛」を描いているとの結論から、「青春」を描くことになった、とも述べている。作画上の特徴として、作画に影が用いられていないことが挙げられる。これは監督の細田自身の以前からのこだわりの1つであり、通常のアニメ作品で顔や服に付けられる影が記号的に描かれて「アニメ度みたいなもの」が高くなる傾向を避ける（「アニメーションを見慣れていない人にも見やすく」する）ことを目的としている。声優に関しては、フレッシュさを出すために大部分は本職の声優ではなく、俳優やモデルなどから起用されており、高校生についてはその多くが現役高校生によって演じられている。作中の展覧会は、細田と大学時代の同級生で、現在は東京国立博物館で研究員を務める松嶋雅人がキュレーションしている。展示品は、「白梅ニ椿菊図」以外は、画面上ではっきり確認できないものも含めて実在する作品である。ほとんどが東博の所蔵品だが、「白梅ニ椿菊図」の向かって右横にある「隠岐配流図」だけはアメリカ・テキサス州のキンベル美術館の所蔵で、これは細田のリクエストによる。また、細田は松嶋に作家名が不明なものを選ぶように依頼し、「隠岐配流図」の斜め前方にある「親指のマリア」（カルロ・ドルチ画）以外は、作者がはっきりしない作品で構成されている。
本作では千昭の未来世界の年代や素性は明確にされていない。千昭は真琴に現代の未来世界との違いとして「川が地面を流れていること」「空の広さ」「人の多さ」「野球や自転車の存在」を挙げている。千昭が来訪した目的は絵画「白梅ニ椿菊図」（架空の作品）の実物を見ることで、この作品は和子の勤める博物館で修復中だったが、千昭は目にする機会なく未来に帰った。和子はこの作品が「何百年も前の大戦争と飢饉の時代」「世界が終わろうとしていたとき」に描かれたと真琴に説明しており、真琴は千昭に絵と未来世界の関係について尋ねたが千昭は答えなかった。
ウートーン王の出身については、歴史資料上はっきりしていない。そのためいくつかの説が提出されてきた。なかには、疫病（おそらくはコレラ）で見捨てたチエンセーンから移住してきたといった説や、スパンブリー出身、ロッブリー出身説などがある。いずれにしろ、アユタヤ朝創設当時の、近隣の状況は、北にスコータイ王朝が隣接していたにもかかわらず、アユタヤを創設したタイ中部は、スコータイ朝の領土でなかったこと、さらに、アユタヤ時代が始まる直前までの古い遺跡がタイ中部で見つかっていることから、歴史資料としてまだ見つかっていない王朝がすでに存在していたことが窺える。あるいは、小国が並立していたというようなことも考えられる。例えば、この空白期（アユタヤ朝創設以前のタイ中部）にロッブリーやペッチャブリーはスコータイ朝とは別に中国に朝貢している。したがって、ウートーン王の出身もおそらくタイ中部のある国の王家からだと考えるのが妥当であろうと考えられている。ちなみに、ウートーンというのは金のゆりかごを意味し、伝承の中でタイ中部でこの名を持つ王は多い。つまり、タイ中部の名づけの習慣でもある。ウートーン王は、王朝年代記ではラーマーティボーディーという名で記述されている。王が即位するにあたり、姻戚のスパンナプーム王家（スパンブリー王家）の協力が不可欠であったことは、後の対スコータイ政策で顕著となる。ウートーン王家（ロッブリー王家）とスパンナプーム王家はその後、数代に渡って王位を争ったが、最終的にスパンナプーム王家が勝利した。ラーマーティボーディー（1世）は国内統一のため、セイロンから仏僧を招いて上座部仏教（小乗仏教）を国家の公式な宗教とするとともに、ヒンドゥーの法典であるダルマシャスートラやタイでの慣習を元に三印法典を整備した。三印法典は近代的な法典が整備される19世紀までタイの基本法典として機能することになる。14世紀末までにはアユタヤ王朝は東南アジア最大の勢力として見なされるようになるが、完全に東南アジア地域を圧倒するほどの人口に欠けていた。このため、当時衰退しつつあったクメール王朝へ勢力を伸ばしつつあったベトナム勢力に対抗するため、ラーマーティボーディーは晩年（1362年）、アンコール（クメール人の都市）を攻撃しアユタヤの版図に加えた。