Сценарий фильма был написан по мотивам одноименной пьесы испанского драматурга Тирсо де Молины, действие разворачивается в начале XVII в. в Испании. Режиссером фильма стал Ян Фрид – один из основоположников жанра музыкальной комедии в советском кино, благодаря которому на экраны вышли «Собака на сене», «Летучая мышь», «Сильва», «Дон Сезар де Базан». Соавтором Яна Фрида в написании сценария стал Михаил Донской, который перевел пьесу «Благочестивая Марта» на русский язык.
За 3 года до этого, на съемках фильма «Собака на сене», Ян Фрид собрал блестящий актерский состав, с которым планировал работать и в дальнейшем. В его новой музыкальной комедии снова снялись Маргарита Терехова и Николай Караченцов. Главную роль в фильме Ян Фрид предложил актеру Московского драматического театра имени Станиславского Эммануилу Виторгану. На тот момент ему уже было 40 лет, но до этого ему доставались в кино преимущественно роли второго плана и эпизоды. Первой заметной его работой стала главная роль в фильме «И это все о нем», в котором он снялся за 3 года до этого. Но только после 40 лет, когда Виторган сыграл в «Благочестивой Марте» и «Чародеях», к нему пришла всесоюзная популярность.
В этом фильме Виторган предстал в неожиданном амплуа романтического героя, хотя чаще всего ему доставались роли негодяев. Сам актер больше любил играть отрицательных героев и объяснял это так: «Действительно, я огромное количество мерзавцев переиграл и поражен тем, что люди, тем не менее, относятся ко мне замечательно. Я охотно такие предложения принимал и объясню, почему. Я никогда не отказывался от отрицательных ролей. От положительных – да. Потому что в советские времена положительные герои делали вид, что не знают, как дети появляются на свет. Мне было неинтересно быть таким. А у отрицательных персонажей жизнь такая «мясистая», ее прожить интересно!». При этом Виторган считал, что в кино у него не было ни одной роли, сравнимой по мощи и по масштабу с его театральными работами.
Для съемок эпизода, в котором герои Виторгана и Караченцова едут на лошадях и поют песню «У нас в Испании», понадобилось 2 дня. В первый из них отсняли общие планы, а съемки крупных отложили на второй день. Поначалу все шло великолепно – актеры уверенно держались в седле, лошади не капризничали, погода была солнечной. А вот на второй день вдруг оказалось, что лошади со съемочной площадки исчезли. Эммануил Виторган рассказывал: «Мы приезжаем, а лошадей нет. Режиссер спрашивает у директора картины: «Где они?» Оказывается, людям не заплатили, и они не привезли животных. Разъяренный режиссер говорит Коле Караченцову: «Коля, давай, залезай на шею директору! А ты, Эм, залезай на шею заму!» Те безропотно подставили шеи, мы сели, нам дали вожжи в руки. И крупный план. Они под нами качались, и мы допели песню».
Как известно, когда в советском кино появлялась необходимость снимать южные страны, для этих целей съемочная группа, как правило, отправлялась в Крым. В Ливадии Ян Фрид за 3 года до этого снимал «Собаку не сене», туда же он отправился и с «Благочестивой Мартой». Правда, в отличие от «Собаки на сене», где было большое количество красивых натурных съемок, на этот раз большинство сцен сняли в павильоне.
После громкого успеха «Собаки н сене» новый фильм Яна Фрида широко анонсировался и ожидался с нетерпением. И хотя в октябре 1980 г., когда состоялась премьера «Благочестивой Марты», публика приняла музыкальную комедию очень тепло, такой же популярностью она не пользовалась. Некоторые кинокритики объясняли этот факт рядом несоответствий, вызванных слишком вольной интерпретацией литературного источника.
В пьесе испанского драматурга главная героиня донья Марта описывается как «веселая, озорная, темпераментная девушка». Ей должно было быть максимум 20 лет, ее отцу – 40-45 лет, а Маргарите Тереховой на момент съемок было уже 38. Пастрана на самом деле не друг дона Фелипе (как в фильме), а его слуга, поэтому главный герой и давал ему постоянно крайне рискованные поручения, общаясь с ним в несколько пренебрежительном тоне. Некоторые герои и сюжетные линии и вовсе не вошли в сценарий фильма. Основной задачей режиссера было сделать это произведение более кинематографичным, но от этого, по мнению критиков, пострадала логика событий. Также они выдвигали претензии к нарочито утрированной манере игры актеров.
Впрочем, рядовому зрителю эти тонкости вряд ли были известны, и своего зрителя музыкальная комедия с великолепным актерским составом все же нашла. Массовой популярности не случилось, скорее, по другой причине. Дело в том, что одну из ролей в фильме – воздыхателя сестры Марты, доньи Лусии – сыграл Олег Видов. Через несколько лет после премьеры «Благочестивой Марты» он совершил побег из СССР и поселился в США, из-за чего фильмы с его участием легли на полку. Комедия вернулась на телеэкраны только в 1990-х гг., но тогда зрителям уже было не до музыкальных комедий.
К тому же дуэт Маргариты Тереховой и Михаила Боярского был настолько удачным и гармоничным, что многие просто отказывались представлять актрису в паре с другим партнером, Эммануилом Виторганом. И если в «Собке на сене» можно было услышать несколько прекрасных песен в исполнении главного героя, Михаила Боярского, то здесь все вокальные партии персонажа Виторгана достались Макару Алпатову, а героиня Тереховой пела голосом Елены Каменской.
Одну из ролей в фильме исполнила Екатерина Райкина, дочь знаменитого артиста Аркадия Райкина, с которым Ян Фрид был знаком еще с 1934 г. Они дружили семьями и на протяжении всей жизни поддерживали очень теплые отношения. Героине Екатерины Райкиной «по наследству» от Дианы из «Собаки на сене» досталось одно из платьев – внимательные зрители могли это заметить.