Ce n’est pas la première fois que Jean-Pierre Bacri et Arthur Dupont se donnent la réplique puisqu’ils ont déjà partagé l’affiche d’un film, quatre ans auparavant : c’était sous la direction d’Agnès Jaoui, dans Au Bout du conte. Au site de 20Minutes, Bacri a déclaré : « Nous avions forgé une vraie complicité sur Au Bout du conte et nous étions donc heureux de nous retrouver pour un scénario original et maîtrisé, dont la qualité était surprenante pour un premier film. »
Grand froid est l’adaptation de « Edmond Ganglion et fils », de Joël Egloff, paru en 1999. L’écrivain a d’ailleurs largement participé à porter le livre sur grand écran, comme le développe le réalisateur du film Gérard Pautonnier : « Je suis tombé amoureux de son œuvre, de son univers noir et poétique dans lequel je me suis totalement retrouvé et auquel je pensais pouvoir apporter quelque chose, une note personnelle. Notre collaboration a commencé par l’adaptation d’un autre de ses romans, « L’Étourdissement ». Mais le projet nous a paru trop compliqué pour un premier film. » En découle toutefois en 2015 un court-métrage qui a fait le tour des festivals français et étrangers avec déjà au générique Arthur Dupont.
C’est en Belgique qu’a été trouvée la rue qui sert de premier décor au film, après 2500km de repérages. Le réalisateur explique : « J’ai voulu que tout devienne encore plus intemporel et gommer toutes les références géographiques en créant une sorte de petite ville « western », perdue au milieu de vastes paysages enneigés où tout se confond et où il est facile de se perdre. » Pour créer ce décor, Pautonnier s’est inspiré de clichés de Gabriele Basilico, photographe italien mort en 2013, ou de ceux du Néo-zélandais Derek Henderson. « Le restaurant et les pompes funèbres ont été entièrement créés, dit-il dans le dossier de presse, et la rue a ensuite été retravaillée en effets spéciaux numériques, en postproduction. Je voulais une rue plus large qu’elle ne l’était en vrai, pour renforcer ce côté « western » qui me tenait à cœur et où les jeux d’attente, d’observation, et de regards qui se croisent, d’un côté à l’autre de la rue, allaient pouvoir se construire naturellement. »