Идея снять комедию «Кавказская пленница, или Другие приключения Шурика» пришла к режиссеру Леониду Гайдаю, когда он наткнулся на газетные публикации, в которых рассказывалось о сохранившейся на Кавказе традиции выкупать и продавать невесту. Вокруг этого выстраивали сценарий соавторы — Яков Костюковский и Морис Слободский.
Исполнитель роли Шурика Александр Демьяненко шел на роль вне конкурса, поскольку будущий фильм предполагалось сделать продолжением «Операции «Ы»».
Роль товарища Саахова предназначалась для Владимира Этуша. На Гайдая произвела впечатление игра актера в картине Константина Воинова «Время летних отпусков», в которой тот сыграл «южного человека» — нефтепромысловика Мамедова.
Троица Трус, Балбес и Бывалый родилась в короткометражке Гайдая «Пес Барбос и необычный кросс». В итоге комичный ансамбль настолько полюбился зрителям, что режиссер собрал его еще трижды, в том числе в «Кавказской пленнице».
Главной проблемой во время подбора актеров стала роль Нины. Режиссер никак не мог выбрать подходящую актрису, хотя было сделано большое количество фотопроб, в которых, кстати, участвовали такие звезды 60-х, как Марианна Вертинская, Лариса Голубкина, Анастасия Вертинская, Наталья Фатеева, Наталья Кустинская и даже Наталья Селезнева, исполнившая роль Лиды в «Операции «Ы»».
В Наталье Варлей Гайдая привлекла ее юношеская непосредственность и невероятное обаяние. Актрису утвердили на роль, несмотря на то, что у нее был небольшой опыт работы в кино. Зато Варлей была в прекрасной физической форме, поскольку артистка работала эквилибристкой в цирке на Цветном бульваре. Кстати, благодаря своей подготовке некоторые трюки Наталья исполнила самостоятельно. Однако озвучить свою героиню Варлей не дали. По мнению режиссера, она не справлялась с процессом закадровой записи голоса. В результате Нина говорила голосом Надежды Румянцевой. А песню исполняла Аида Ведищева.
После выхода фильма на широкий экран Варлей признавалась, что во время премьерного показа «Кавказской пленницы» в Доме кино не испытывала радости. Причиной ее разочарования было именно озвучивание:
«Я смотрела на себя на экране, говорящую совсем не юным голосом и поющую чужим, взрослым, с «вибрато» в припевах, голосом, — и мне становилось плохо, потому что я физически ощущала, что нарушена гармония…».
Зимняя изюминка в каждой детали — маникюр в сияющем дизайне