ニュージーランド、エジプト、そして日本。世界三か国の世界遺産を舞台に、そこで暮らす子どもたちの夢を語るドキュメンタリー仕立てのストーリー。世界遺産カメラマンだった父を亡くしたニュージーランド・テカポの少年は、星になった父親を見つけるために星空を見上げる。エジプトの兄弟は、世界中の「ふるさと（＝世界遺産）」を描いて周るため、自分たちの絵を売り続ける。広島の少女は、月の動きと潮の満ち引きが関係している場所、厳島に立っていた。そして“もうひとつの大切な場所”である、原爆ドームへと誘ってくれる。そこは、地球の痛みと人々の苦しみを記憶している場所。少女は星空の下で、世界的フルート奏者を夢見て演奏する。
『ホーホケキョ となりの山田くん』に続く高畑勲の監督作品企画として、2000年代前半には『平家物語』が有力な候補であった。しかし、高畑から不可欠なスタッフと指名された田辺修が暴力的なシーンの描写に同意しなかったことなどが理由となり、断念される。2005年頃に鈴木敏夫は、高畑がかつて『竹取物語』はいつか映像化すべきと述べていたことを思い出し、企画として提案する。専任担当者も配置されてスタートしたが、企画を進めるのに必要な絵を田辺が全く描けなかったことで2005年末には企画は中断する。この段階では高畑は監督を引き受けることを明言していなかった。『ゲド戦記』公開後の2006年に企画が再開し、西村義明が担当に加わる。鈴木敏夫は新たな企画として山本周五郎の『柳橋物語』を提示し、2007年に初めて田辺はキャラクターの絵を描いたが、高畑はこの絵では映画を作れないと拒否、自ら赤坂憲雄の『子守り唄の誕生』をベースとした企画を提案した。この企画には1年以上が費やされ、その間に高畑は監督を引き受けることを了承したものの、映画化は困難という結論になる。2008年春、再度『竹取物語』に企画が戻り、同年5月8日に正式に決定した。しかし、田辺の絵の作業が進まず最初の担当者が降板、残った西村は脚本を先に作ることにする。西村の知人の脚本家により2009年2月に初稿が完成するが高畑の意向と合わず、次いで高畑自身が執筆に当たったものの進捗が遅かったため、坂口理子を加えて検討が進められ、10月に準備稿が完成した。この準備稿により、スタジオジブリでの制作が正式に決まる。これに前後して、9月29日に「準備室」がジブリ本体が入る第1スタジオの一角に開設され、12月より田辺修による絵コンテ作業が開始された。この間、2009年10月に高畑の新作映画が『竹取物語』を原作にしたものであることが報じられ、2010年1月には『週刊文春』の記事で高畑自身が『竹取物語』を原作に『鳥獣戯画』のようなタッチで描いた作品であると述べた。『週刊文春』で高畑は「ストーリーは変えずに印象が全く違う作品にしたいと思っています。なかなか進まなくてだいぶ先になっちゃうかもしれませんが」と語っている。2010年4月に坂口による修正が入った準備稿が作られ、関係者の間で高い評価を得る。6月に東小金井駅南側に専用スタジオが開設され、同月には美術監督として男鹿和雄の参加が決まる。だがその後も、田辺と高畑による絵コンテやキャラクターの絵作りの進行は依然として遅かった。停滞打破に向けてパイロットフィルム制作が鈴木敏夫から社命として下り、2011年に完成したが、長編映画になりうるかという点での社内の評価は厳しかった。次の手段として、キャラクターのイメージを得ることも目的に、台詞のプレスコを実施することとなる。最初のプレスコは2011年8 - 9月に実施された。また、絵コンテ作業の進捗改善のため、田辺以外の人物によってベースとなるラフコンテの作成がおこなわれた。2011年秋、スタジオジブリ社内で、本作と宮崎駿監督作品『風立ちぬ』の同時公開が決定される。西村義明は、この決定は高畑を奮起させてスケジュールの回復を促すために鈴木敏夫と仕組んだ「大博打」だったと記している。2012年2月にはさらに広い「第7スタジオ」に制作拠点を移動。2012年12月13日に『風立ちぬ』と同日に劇場公開と発表されたが、現場ではこの直前の11月に約1ヶ月作業がストップし、制作続行が問われる事態に陥る。スタッフ増員の上、続行と決定するが、同時公開に対しては微妙な状況だった。2012年末の時点で完成した絵コンテは96分相当で、1/4にあたる約300カット分が未完成だった。結局、2013年2月4日、同年秋への公開延期が発表された。その後、8月になって公開日が同年11月23日となることが発表された。絵コンテの完成は2013年3月23日だった（その後微修正あり）。鈴木敏夫は本作について、作品自体だけでなく、外注のみというスタッフ編成や資金集めまで含めて「実験をやりたかった」という意図があったと公開後に述べている。このため、西村義明からジブリスタッフによる支援要請が来ても鈴木は断り続けたという。また、製作遅延が深刻化した折には西村に「大事なのはどっちだ?作品か、高畑さんか」と問いかけ、西村が作品の公開だと返答すると、それなら高畑解任（も選択肢）だと話したことを明かしている。本作の製作決定の背景には、高畑監督作品とりわけ『ホーホケキョ となりの山田くん』を気に入った日本テレビ会長（当時）・氏家齊一郎の「高畑監督の新作を見たい」という意向があったという。氏家は作品の完成を見ることなく2011年3月に他界したが、その関わりゆえに宣伝素材や作品クレジットに「製作」として名が記されることになった。なお、絵コンテ集月報掲載の「『かぐや姫の物語』への道」には、氏家からこの発言があったのは『子守り唄の誕生』の企画を進めていた時期と記されている。