Изначально фильм назывался «Три тополя на Шаболовке» — по названию повести Александра Борщаговского, которая вышла в 1966 году. Шаболовка уже прочно ассоциировалась с телевидением, и режиссёр Татьяна Лиознова решила перенести место действия на Плющиху, чтобы название не настраивало зрителей на мелодраму из жизни сотрудников телецентра. Благодаря фильму этот рассказ стал самым знаменитым произведением писателя. Второй раз Борщаговского экранизировали в 1990 году — режиссёр Леонид Горовец снял фильм по повести «Дамский портной».

«Три тополя на Плющихе», к/с им. М. Горького, 1968, реж. Т. Лиознова

Знаменитая песня «Нежность» была написана специально для этого фильма. Создать музыку на стихи Николая Добронравова и Сергея Гребенникова режиссёр предложила Александре Пахмутовой, но та сначала отказалась — не понравилась идея фильма. И только посмотрев уже отснятый материал, композитор согласилась, добавив: «Только ради крупного плана Ефремова!». В фильме песня звучит в исполнениях Татьяны Дорониной и Майи Кристалинской. Кстати, позже Гребенников и Добронравов написали мужской вариант песни — он называется «Твоя нежность».

«Три тополя на Плющихе», к/с им. М. Горького, 1968, реж. Т. Лиознова

Автомобиль, в котором таксист Саша вез Нюру, — знаменитая мосфильмовская «Волга» ГАЗ-21, которая снималась во многих фильмах. Это «такси на Дубровку» из «Бриллиантовой руки» Леонида Гайдая, и одна из «Волг» Юрия Деточкина из «Берегись автомобиля» Эльдара Рязанова, и машина из фильма «Яды, или Всемирная история отравлений» Карена Шахназарова. Сейчас машина на заслуженном отдыхе — в музее «Мосфильма».

«Три тополя на Плющихе», к/с им. М. Горького, 1968, реж. Т. Лиознова

«Бриллиантовая рука», к/с «Мосфильм», 1968, реж. Л. Гайдай

«Берегись автомобиля», к/с «Мосфильм», 1966, реж. Э. Рязанов

Татьяна Лиознова не проводила кинопроб, были только фотопробы. Татьяна Доронина и Вячеслав Шалевич не горели желанием сняться в её новом фильме. Шалевич не хотел играть мужа главной героини, потому что тот был отрицательным персонажем, а Доронина не хотела быть колхозницей. Режиссёр пообещала Шалевичу, что такой роли у него ещё не было, и убедила актёра, а Доронина согласилась сама, увидев результат проб. Её покорило то, что её «колхозницу» не стремились приукрасить и сделать модной, а сняли как есть, без макияжа и прически. На роль таксиста вместе с Олегом Ефремовым пробовался Николай Рыбников, но в паре с главной героиней Ефремов смотрелся лучше.

«Три тополя на Плющихе», к/с им. М. Горького, 1968, реж. Т. Лиознова

Фильм пользовался оглушительным успехом, зрители, а особенно зрительницы, разделились на два лагеря — поддерживающих и не понимающих героиню. Песня «Нежность» стала суперхитом, а в парикмахерских самой популярной была прическа «под Доронину». Вячеслав Шалевич рассказывал, что одна из зрительниц призналась, что смотрела «Три тополя на Плющихе» восемь раз. «Зачем? Неужели фильм настолько вас пронзил?» — спросил актёр. Оказалось, что женщина каждый раз надеялась, что вдруг концовку пересняли, и героиня Татьяны Дорониной решится открыть дверь и выйти к ждущему её таксисту…