Владимир Бортко рассказывал, что к замыслу экранизации булгаковского произведения его подтолкнул режиссер Сергей Микаэлян, возглавлявший тогда телевизионное отделение «Ленфильма»: «Встретив меня в коридоре студии в тот раз, Микаэлян протянул журнал.
Я пришел домой, начал читать, дошел до монолога профессора и понял, что буду снимать и даже знаю, как. Это должно быть черно-белое кино…»
На роль профессора Преображенского пробовались Вячеслав Тихонов, Кирилл Лавров, Михаил Ульянов, Владислав Стржельчик, Леонид Броневой, Юрий Яковлев…
Однако выбор режиссёра остановился на Евгении Евстигнееве. Евгений Евстигнеев приезжал на съёмки по выходным, чтобы не оставлять надолго свою молодую супругу, актрису Ирину Цывину в Москве.
Несмотря на то, что Евгений Александрович до работы над картиной не читал повесть «Собачье сердце», он был так органичен в роли Филиппа Филипповича, что эта работа стала одной из лучших в его кинокарьере.
Сын актера, известный оператор, режиссер и продюсер Денис Евстигнеев вспоминал: «Этот фильм возник в жизни отца очень вовремя и буквально спас его.

Папа переживал сложный период, когда во МХАТе его отправили на пенсию. Трудно соглашаясь на работу в «Собачьем сердце», он потом просто жил ею. Что было на площадке, я не знаю, но он постоянно говорил о своей роли, что-то наигрывал, показывал какие-то сцены… В тот момент картина стала для него опорой».
Из восьмерых кандидатов на роль Шарикова, среди которых был Николай Караченцов, Владимир Бортко остановил свой выбор на актере Алма-Атинского Русского театра драмы Владимире Толоконникове.

На пробах Толоконников играл сцену за ужином, когда Шариков произносит свою ставшую впоследствии знаменитой фразу: «Желаю, чтобы все!».
Артист произнес тост и выпил так убедительно, что у режиссера исчезли всякие сомнения по поводу кандидатуры на роль Полиграфа Полиграфовича: «Володя убил меня в тот же миг, как сделал глоток водки
Он так убедительно хмыкнул, так хищно дернулся его кадык, что я утвердил его, не колеблясь»,- рассказывал режиссёр.
Одна из несомненных удач фильма — Швондер в исполнении Романа Карцева.

На роль Швондера вместе с Романом Карцевым пробовался известный комедийный актер Семен Фарада. Этим и другим замечательным актерам, снявшимся как в крупных, так и в эпизодических ролях, — Нине Руслановой, Борису Плотникову, Ольге Мелиховой, Анжелике Неволиной, Сергею Филиппову, Валентине Ковель и другим — удалось настолько ярко воплотить на экране образы персонажей повести, что фильм до сих пор по праву считается лучшей экранизацией булгаковской прозы.

Этому успеху, безусловно, способствовали и режиссерский талант Владимира Бортко, и высокий профессионализм оператора Юрия Шайгарданова, и мастерство художников-декораторов, костюмеров и гримеров, работавших над фильмом, и музыкальные номера, созданные композитором Владимиром Дашкевичем и поэтом Юлием Кимом.
Автором текстов песен выступил бард Юлий Ким. Он написал песню «Суровые годы уходят», частушки, исполняемые Шариковым («…подходи, буржуй, глазик выколю») и марш красноармейцев («Белая гвардия наголову разбита, а Красную армию никто не разобьёт!»)

Веселей всего мне писались куплеты для Шарикова, потому что уж очень ситуация была такая — профессора собрались, и вдруг этот вскакивает и наяривает на балалайке… Ну что-то он должен неприличное спеть. Вот я здесь и постарался.
— Юлий Ким о работе над куплетами на мотив «Яблочка»
Композитор Владимир Дашкевич написал музыку к фильму, в которой, как того и хотел режиссёр, идя за повестью Булгакова, слышатся тревожные и даже трагические предчувствия, связанные с размышлениями о будущем человека и судьбе цивилизации.
Пса, который сыграл Шарика, нашли через ленинградский Клуб служебного собаководства. Из 20 претендентов его выбрали за то, что он выглядел как чистокровная дворняга.

– Я мечтала о собаке, но купить ее мне не разрешали, – рассказывает Елена Никифорова, хозяйка. – Однажды я увидела в гаражах пару щенков. Сперва ушла, но потом вернулась за одним из них. Причем взять собиралась другого, он мне больше приглянулся. Но выбежал этот… Я дала ему имя Карай

Для фильма Карая пришлось гримировать, потому что у него была гладкая шесть, а у Булгакова написано, что Шарик лохматый.

– Использовали крахмал, но как только Карай выбегал на улицу, тут же начинал валяться в снегу и все с себя смывал, – вспоминает гример Елена Козлова. – Потом догадались применить желатин, и он оказался более стойким.

На площадке Карай стал всеобщим любимцем.
– Больше всего он общался с Евгением Евстигнеевым, – рассказывает хозяйка. – Когда мы приезжали на площадку, тут же бежал к нему здороваться. Евгений Александрович всегда ему отвечал: «Привет-привет!» и трепал по холке.

У Владимира Толоконникова, сыгравшего очеловечившегося Шарика, с собакой общих сцен не было. Но однажды он специально пришел на площадку познакомиться со своим «предшественником», как он его называл.

На площадке Караю пришлось померзнуть. Например, в сцене, когда повар поливает его помоями. Снимали много дуб-лей, и пес долго терпел обливания на 20-градусном морозе.
Кроме того, на съемках Карай мужественно дубль за дублем поглощал колбасу. Она была соленая, и после команды «Стоп!» он сплевывал и бежал к ведру с водой.
После выхода фильма на экраны собаку стали узнавать.
– На фильм «Рок-н-ролл для принцесс», где Карай тоже снимался, мы летели в Ялту самолетом, – рассказывает Елена. – И стюардесса узнала «кинозвезду»! Весь экипаж пришел на него посмотреть.

После «Собачьего сердца» у Карая также были съемки в короткометражке с Сергеем Шакуровым, в фильмах «Навеки – 19», «Свадебный марш» и других. Но там он просто мелькал на экране, один или в стае, таких заметных ролей, как в «Сердце», у него не было.
Фильм Собачье сердце в 1989 году был удостоен приза «Золотой экран» на Международном кинофестивале в Варшаве (Польша) и Гран-при на Международных фестивалях телевизионных фильмов в Душанбе (СССР) и в Перудже (Италия). В 1990 году режиссер картины Владимир Бортко и Евгений Евстигнеев, исполнивший роль профессора Преображенского, стали лауреатами Государственной премии РСФСР имени братьев Васильевых.

Съемки фильма проходили в Ленинграде, и «роль» улиц Москвы, где разворачивается действие фильма, с успехом «сыграли» улицы северной столицы.
Сцены в синематографе снимали в кинотеатре «Знамя», при этом, чтобы актеры-зрители смеялись в кадре, на экране демонстрировали комедию Юрия Мамина «Праздник Нептуна». Интересные факты о фильме Собачье сердце — Впервые «Собачье сердце» было экранизировано итальянскими и германскими кинематографистами в 1976 году.

По-итальянски фильм называется «Cuore di cane» («Собачье сердце»), немецкий же вариант названия – «Warum bellt Herr Bobikow?» – переводится как «Почему лает господин Бобиков?» (фамилию «Шариков» немцы изменили на «Бобиков»).
— В фильме присутствуют персонажи и сцены из других произведений Булгакова. Профессор Персиков, которого Преображенский пригласил осмотреть Шарика — герой повести «Роковые яйца», а цирковая прорицательница — персонаж рассказа «Мадмазель Жанна».

Рассказ дворника, прочитавшего два тома словаря Брокгауза и Эфрона — цитата из рассказа «Самоцветный быт», эпизод со «звездинами» сестер-близняшек Клары и Розы взят из фельетона «Золотые корреспонденции Ферапонта Ферапонтовича Капорцева», а сцена с соседями профессора, занимающимися столоверчением — из рассказа «Спиритический сеанс».

Сам Владимир Бортко снялся в картине в эпизодической роли зеваки в Обуховом переулке, опровергающего слухи о марсианах.

Из интервью Владимира Бортко (журнал «Столичный стиль» и «Media International Group» ):

«Первые рецензии на этот фильм были разгромными, таких еще свет не видел. На следующий день после показа по телевизору «Собачьего сердца» я открыл центральные газеты.
Советская власть живо откликалась на премьеры, не то что демократическая. Так вот, читаю: мы всякого дерьма навидались, но такого еще не видели, за это надо руки отрубать. А какие я разгромные письма получал! Но прошло время, и ему дали Государственную премию, массу призов. Наверное, нужно время для понимания.»