大森寿美男によるオリジナル作品で、大森が連続テレビ小説を手掛けるのは『てるてる家族』（2003年度〈平成15年度〉後期）に続いて2作品目となる[5]。北海道の「開拓者精神」をテーマに、「開拓者精神」とアニメーションを重ね合わせて「一つ一つの積み重ねが大きな形になるということを伝えたい」としている[10]。ヒロイン像については、戦災孤児として十勝の開拓者一家に育てられた境遇から、「自分の意思を貫いて生きていくヒロイン」ではなく、「人の心に流されながら、出会いと関わりのなかで、人生を見いだしていくヒロイン」と語っている[11]。なおオリジナル作品ではあるが、先述の小田部や大森などが登場人物のヒントやモチーフについて公言しているほか[8][12]、実在の人物や団体・作品などを彷彿とさせる事項が作中に数多く登場する[13][14][15]。

作品名は、構想段階の2017年（平成30年）秋に制作統括の磯智明と脚本の大森が帯広空港に降り立った際に見上げた十勝の大きく、広く、美しく澄み切った青空から「タイトルで“空”は入れたい」との発想に加え[9][16]、ヒロインの名前「なつ」を組み合わせて『夏空』（なつぞら）に決定。「5文字が多い」「“ん”が付く」など朝ドラのヒットの法則を踏まえて『なっちゃん』『どさんこ』なども候補として検討されたが、作品への思いを優先し、もともと仮題ともなっていた『夏空』を採用した[17][18]。のちに2018年4月の「北海道十勝編」の出演者発表にあわせて平仮名の『なつぞら』に改められた[3][19]。
キャスティング

2017年11月20日に制作およびヒロインが発表され[2][20]、『「戦災孤児」「北海道」「アニメーション」という3つのキーワードをもつ遠大な物語を、演技力とリアリティーをもって演じきれる女優は今、広瀬すずさんしかいない』との指名により、ヒロイン役には広瀬すずが決定した[5]。夏の北海道が舞台で通常より3、4か月早い撮影開始となること、NHKの働き方改革[注 2]により制作期間を長くとることから、前作の『まんぷく』（2018年度〈平成30年度〉後期）に先立つ放送開始1年5か月前となる異例の早期発表となった[23][24][25]。なお、東京制作による朝ドラの主演は本作から2024年（令和6年）度前期の『虎に翼』の伊藤沙莉まで全て、キャスティングで選ばれた[26]。

ヒロイン以外の出演者は、2018年2月ごろにヒロインの相手役を演じる若手俳優のオーディションを実施し、男女各2,500名ほどの応募者の中から山田天陽役の吉沢亮、小畑雪次郎役の山田裕貴、柴田照男役の清原翔、柴田夕見子役の福地桃子らの起用が決定[27]。同年4月26日に「北海道十勝編」[19]、2019年2月12日に「東京・新宿編」[28]、3月1日に「アニメーション編」が順次発表された[29]。

本作に於いては第2話に連続テレビ小説第1作『娘と私』のヒロイン・北林早苗が出演したのを始め[30]、小林綾子（『おしん』）、山口智子（『純ちゃんの応援歌』）、松嶋菜々子（『ひまわり』）、岩崎ひろみ（『ふたりっ子』）、比嘉愛未（『どんど晴れ』）、貫地谷しほり（『ちりとてちん』）、原日出子（『本日も晴天なり』）、三倉茉奈（『ふたりっ子』、『だんだん』）、藤田三保子（『鳩子の海』）、田中裕子（『おしん』）、藤澤恵麻（『天花』）、安藤サクラ（『まんぷく』）、浅茅陽子（『雲のじゅうたん』）、戸田菜穂（『ええにょぼ』）と、歴代ヒロイン15人が様々な形で出演した[31][32]。起用の理由について、過去99作品を製作した先人達への「リスペクト」であり、見続けた視聴者への「カーテンコール」であるとしている[30]。また、事前にキャストの発表がなく、劇中で初めて明かされたヒロインの生き別れの妹・千遥役を演じた清原果耶は、後に『おかえりモネ』でヒロインを演じることになる[33][34][35][36]。

また、北海道を拠点に活動する演劇ユニット「TEAM NACS」のメンバーである安田顕・戸次重幸・音尾琢真がレギュラーで出演し、後半には森崎博之、最終週には大泉洋がゲスト出演し、メンバー全員が出演した。メンバー同士が共演したことでも注目を集めた。起用理由として「地元の人たちに喜んでもらえる人に出てほしいと思い、そういう方々の力を借りたいと思った」としており、会見で制作統括の磯智明は「（残る森崎と大泉の出演も）頑張って交渉していきたい」と話していた[37][38][39]。5人で最後の出演となった大泉は「北海道が舞台の記念すべき朝ドラに、我々TEAM NACSを全員出演させてくれたスタッフの皆様、そして我々全員の出演を願ってくれたファンの皆様に本当に感謝です」とコメントした[40]。

語りはドラマのナレーションを担当するのは本作が初となる内村光良。ヒロインの亡き父として彼女を天国から見守っている設定で[41]、2017年末の『第68回NHK紅白歌合戦』で総合司会を務めた際の「優しさと慈愛が満ちあふれる」言葉遣いが「きっとヒロイン・なつの波乱に満ちた半生を、太陽のように明るく照らし続けてくれるに違いない」との評価を受けての起用となった[42]。2018年12月31日、『第69回NHK紅白歌合戦』において、総合司会の1人である内村が本作の語りを務めることをサプライズで発表した[43]。なつのモノローグや客観的なナレーションも考えられる中で「厳しい環境に身を置くことになったなつにとって一番の理解者が身近にいた方が視聴者の皆さんが物語に入りやすい」「なつの道しるべになる人がドラマをナビゲートする今回の形がいい」との発想から「語り=ヒロインの父」の設定に至り、第9話終盤の語りの中で「語り=ヒロインの父」であることが判明する異色の仕掛けによって明かされた。語りの中で用いられる「なつよ」のフレーズは脚本の大森が考案し、印象的だったことから各週のサブタイトルにも用いられている[44]。

音楽は、「十勝の丘を駆け抜ける、爽やかな夏風のようなフレッシュで心地よいメロディーを作ってください」との依頼を受け、『おそ松さん』『3月のライオン』をはじめ多くのテレビアニメ作品の音楽を担当した橋本由香利が手がける[45]。