Создатели комедии «Операция „Ы“ и другие приключения Шурика» были так вдохновлены всесоюзным успехом фильма, что решили продолжить историю веселого и доброго студента. Сценаристы «Операции „Ы“…» написали сценарий под названием «Шурик в горах». Это должен был быть альманах из двух частей — в первой Шурик спасал похищенную по кавказским обычаям девушку Нину, а во второй вместе с Ниной они отправлялись в экспедицию на поиски снежного человека. Но режиссёр Леонид Гайдай хотел снять один полнометражный фильм, поэтому темой снежного человека пожертвовали, а вот над историей с похищением начали работать…
Кстати, во второй части никакого снежного человека на самом деле не было — за него себя выдавали Трус, Балбес и Бывалый, чтобы запутать милицию.
Как это часто бывало, над картиной потрудились не только создатели, но и цензоры. Фильм им показался легкомысленным и даже антисоветским, и «Кавказская пленница» легла было на полку, но её посмотрел Брежнев. Генсеку комедия так понравилась, что он посмотрел её несколько раз и даже собрал на просмотр живших неподалеку членов политбюро. Тогда фильм был разрешён к показу, но с несколькими условиями: убрать слово «советский» из фразы «Да здравствует советский суд — самый справедливый суд в мире!» — чтобы не выглядело насмешкой, вырезали заставку, где Трус, Балбес и Бывалый пишут на заборе «ХУ… дожественный фильм», переименовали товарища Охохова в Саахова, так как был такой высокопоставленный чиновник… На «Саахова», в свою очередь, пожаловался реальный товарищ Сааков — секретарь партийной организации «Мосфильма» с такой фамилией воспринял героя на свой счёт. Министр культуры Екатерина Фурцева уладила конфликт тремя словами: «Прекратите этот идиотизм!»
Очень долго искали главную героиню. Было проведено около пятидесяти фотопроб, на них приходили как неизвестные актрисы, так и красавицы советского кино:
Наталья Кустинская, Наталья Фатеева, Виктория Фёдорова, Татьяна Конюхова. Циркачка-канатоходка Наталья Варлей пришла из любопытства и желания познакомиться с Леонидом Гайдаем — она уже была утверждена на роль французской гимнастки в фильме «Арена». Гайдай спросил актрису, сможет ли она сниматься в купальнике, Варлей тут же переоделась и все подумали, что она очень раскрепощенная и смелая, а на самом деле для цирковых купальник — рабочая одежда. Все трюки в фильме Наталья Варлей исполняла сама, а вот озвучить роль не смогла — говорит за неё Надежда Румянцева, а поёт Аида Ведищева. Сама Наталья Варлей произносит только зловещую фразу: «Ошибки надо не признавать, их надо смывать кровью!»
Долго отказывались сниматься Юрий Никулин, хотя был другом режиссёра, и Евгений Моргунов. Никулин обосновал отказ тем, что это «спекуляция на тройке» и не хотел снова играть Балбеса. Гайдай пообещал актеру, что они вместе переделают сценарий, внесут в него необходимые Никулину правки и разнообразят трюками. Дело осложнялось и отношениями внутри «тройки» — актеры не ладили между собой. На съемках «Кавказской пленницы» трио окончательно распалось — Евгений Моргунов перессорился со всей съемочной площадкой и отказался сниматься. Гайдай вырезал часть сцен с Моргуновым, а в финале на общих планах Бывалого играет дублер.
Премьера фильма состоялась 1 апреля 1967 года. На показ было продано 30 миллионов билетов — больше, чем на вышедшую в том же году французскую комедию «Фантомас». «Кавказская пленница или Новые приключения Шурика» заняла 4-е место по посещаемости среди отечественных фильмов за всю историю советского кинопроката. Ее опередили «Пираты Х Х века», «Москва слезам не верит» и еще один гайдаевский фильм — «Бриллиантовая рука».