Эльдар Рязанов признавался, что недолюбливал эту картину — сразу понимал насколько она проще и слабее предыдущей «Карнавальной ночи». Он хотел взять на главную роль Людмилу Гурченко, но ее отстранили от съемок, и пришлось искать замену. Режиссёру порекомендовали обратить внимание на студентку Ленинградского государственного университета Светлану Карпинскую, и Рязанов утвердил ее без проб. Для девушки это стало дебютом в кино, а сразу после выхода фильма она отдала документы в Институт театра, музыки и кинематографии и была принята сразу на второй курс.

«Девушка без адреса», к/с «Мосфильм», 1957, реж. Э. Рязанов

С дебютанткой отношения у режиссёра не сложились. Она была обижена на Рязанова за то, что он не стремился подчеркнуть её красоту, наряжал в страшные одёжки, запретил гримироваться и вообще сделал всё, чтобы она не понравилась зрителю. Даже ее партнёр по фильму Николай Рыбников удивлялся: «Какая чудная девочка! Что же она у вас все время в какой-то убогой юбке ходит и в этом жутком платке? Да вы хоть волосы ей распустите!..» Зрителю актриса все равно понравилась, и после премьеры Карпинская получала мешки писем с восторгами. Однако, главных ролей в кино у нее больше не было, но она и не стремилась на экран, предпочитая театральную сцену. Актриса говорила, что понимала: с её типажом ей пришлось бы играть только «девочек-припевочек в ситцевых платьицах» и не хотела этого.

«Девушка без адреса», к/с «Мосфильм», 1957, реж. Э. Рязанов

Сцену, в которой Катя сидит на лавочке под проливным дождем, снимали на улице в декабре. Стоял мороз, а актрису еще и поливали из шланга холодной водой. Сказать, что она сильно замерзла и попросить прервать съемки, Карпинская стеснялась. Спас положение ее партнер по фильму Эраст Гарин, который потребовал вызвать врача девушке в полуобморочном состоянии. После этих съемок Светлана Карпинская две недели провела на больничном

«Девушка без адреса», к/с «Мосфильм», 1957, реж. Э. Рязанов

Песни из фильма быстро стали популярными в народе, особенно «Кукла» и «Красавица Москва». Все песни исполнили актеры фильма — Юрий Белов, Николай Рыбников, Светлана Карпинская, и актриса Ленинградского театра музыкальной комедии Зоя Виноградова.

«Девушка без адреса», к/с «Мосфильм», 1957, реж. Э. Рязанов

Внимательные зрители, особенно москвичи, могли заметить несколько ляпов, связанных с передвижением героев по городу. Например, Катя Иванова и Паша Гусаров приезжают в Москву на Белорусский вокзал, а через несколько минут Паша догоняет девушку, отъезжающую на автобусе от «площади трёх вокзалов»…