28 февраля 1966 года на экраны вышел фильм «Дети Дон Кихота». В середине 60-х одной из важных социальных задач стало сокращение детских домов. Чтобы поспособствовать достижению этой цели, Госкино поручили снять картину, которая убедит женщин не отказываться от детей. Написать сценарий доверили старшему редактору литературно-драматических программ Центрального телевидения Нине Фоминой — «Дети Дон Кихота» стали её первым опытом в качестве кинодраматурга. Впоследствии по её сценариям вышли фильмы «Расписание на послезавтра», «31 июня» и другие.
Режиссёрское кресло занял Евгений Карелов — он уже снял несколько фильмов, среди которых была драма «Нахалёнок» по Шолохову, однако всё ещё не дотягивал до звания опытного кинематографиста. Получить цветную пленку Карелову не удалось, так что «Детей Дон Кихота» снимали в чёрно-белом варианте. Картину раскрасили уже в новом веке, и сегодня она идёт в цвете.
На роль многодетного отца и неравнодушного доктора Петра Бондаренко, которого за принципиальность сыновья прозвали Дон Кихотом, пригласили Анатолия Папанова. Старшего сына — художника Виктора Бондаренко— сыграл Владимир Коренев, у которого за плечами уже была звёздная роль Ихтиандра в «Человеке-амфибии». В образе его брата — студента пединститута Димы Бондаренко — на экране появился Лев Прыгунов, прежде снявшийся в главных ролях в лентах «Увольнение на берег», «Мне двадцать лет и «Утренние поезда». В жизни всё было наоборот — Прыгунов был на год старше Коренева.
Младшего сына — школьника Юру Бондаренко, мечтающего освободить угнетённых негров, — сыграл восьмилетний Андрей Бельянинов. В некоторых эпизодах мальчика пришлось переозвучивать — за него говорила актриса Мария Виноградова. Это было единственное появление Андрея Бельянинова в кино, но он всё же стал знаменит — правда, в сфере политики. На протяжении десяти лет Андрей Бельянинов занимал должность руководителя Федеральной таможенной службы, а затем был председателем правления Евразийского банка развития.
Девушку в веснушках по имени Мотя сыграла Наталья Седых — она уже была звездой после роли Настеньки в фильме «Морозко». Из этой сказки перекочевала и актриса Наталья Зорина — в «Детях Дон Кихота» она сыграла соседку и однокурсницу Димы Бондаренко.
Зрители долго гадали, какая актриса перевоплотилась в юную мать-кукушку. В сцене в роддоме девушка была показана только со спины, но по стройной фигуре и белокурым волосам строили разные догадки — Кустинская, Селезнёва или Савёлова? Оказалось, что в фильме сыграла студентка ВГИКа латвийского происхождения Ингрида Андриня. Поначалу она обрадовалась первому приглашению на съёмки, но узнав, что ей предстоит играть отрицательную героиню, решила отказаться от роли. Тогда режиссёр и придумал особый ход — девушка сидит спиной к зрителям, а герой Папанова через неё словно обращается ко всем матерям, решившим бросить собственных детей. Имя Ингриды в титрах указано не было, а её кинодебютом долгое время считалась следующая картина «В предрассветной дымке».