《殼中少女》是根據沖方丁老師的同名小說三部曲《壓縮》、《燃燒》、《排氣》改編，2013年時沖方丁就以此小說壹舉獲得第24回日本SF大賞獎。原定曾擔當過《Last Exile》人物設計的村田蓮爾先生也將操刀擔當《殼中少女》的設計。好萊塢還獲得「殼中少女」電影改編權。
本作曾於2005年打算制作OAD動畫，從那時開始，制作方便極力邀請已經退居二線的林原惠來擔當主人公露恩·芭洛特這個角色，後來OAD計劃夭折。5年之後又以劇場版形式復活，這時林原惠本想將角色讓給年輕壹代的聲優們，不過因為制作方的堅持，林原終於久違地出演了第三部的主角。