Python No Distingue Mayúsculas De Minúsculas Reemplazar

import re
pattern = re.compile("hello", re.IGNORECASE)
pattern.sub("bye", "hello HeLLo HELLO")
# 'bye bye bye'

Muy simple, en una sola línea:

import re
re.sub("(?i)hello","bye", "hello HeLLo HELLO") #'bye bye bye'
re.sub("(?i)he\.llo","bye", "he.llo He.LLo HE.LLO") #'bye bye bye'

O bien, utilizar la opcion de "banderas" argumento:

import re
re.sub("hello", "bye", "hello HeLLo HELLO", flags=re.I) #'bye bye bye'
re.sub("he\.llo", "bye", "he.llo He.LLo HE.LLO", flags=re.I) #'bye bye bye'

Continuando en bFloch la respuesta, esta función va a cambiar no una, sino todas las apariciones de lo viejo con lo nuevo - en un caso insensible de la moda.

def ireplace(old, new, text):
    idx = 0
    while idx < len(text):
        index_l = text.lower().find(old.lower(), idx)
        if index_l == -1:
            return text
        text = text[:index_l] + new + text[index_l + len(old):]
        idx = index_l + len(old)
    return text

Esto no requiere de RegularExp

def ireplace(old, new, text):
    """ 
    Replace case insensitive
    Raises ValueError if string not found
    """
    index_l = text.lower().index(old.lower())
    return text[:index_l] + new + text[index_l + len(old):]