Le titre original du film, The fault in our stars, est tiré d'un dialogue de la pièce de William Shakespeare, Julius Caesar, Act I, Scene II : "The fault, dear Brutus, is not in our stars, but in ourselves..." soit "La faute, cher Brutus, n'est pas dans nos étoiles mais en nous-mêmes".
Alors qu'ils jouent un frère et une soeur dans Divergente, Shailene Woodley et Ansel Elgort incarnent un couple d'amis, puis d'amants, dans Nos étoiles contraires.
Shailene Woodley ne fut pas la première à auditionner pour le rôle d'Hazel dans Nos étoiles contraires : Hailee Steinfeld et Liana Liberato postulèrent avant elle pour le rôle. De son côté, Ansel Elgort fut considéré pour jouer Augustus en même temps que Brenton Thwaites, Nick Robinson, Noah Silver et Nat Wolff, qui obtint en lieu et place le rôle d'Isaac.
Le réalisateur Josh Boone signe, avec Nos étoiles contraires, son deuxième film. Sa première réalisation, Stuck in love, était déjà une comédie dramatique doublée d'une romance s'attachant à la nouvelle génération d'acteurs et d'actrices à laquelle appartiennent Shailene Woodley et Kristen Bell qui tient l'un des principaux rôles dans ce premier film. On y retrouve par ailleurs plusieurs acteurs considérés pour Nos étoiles contraires, à savoir Liana Liberato et Nat Wolff.
Filmé entre Pittsburgh, en Pennsylvanie et à Amsterdam, le tournage de Nos étoiles contraires commença le 26 août 2013 et se termina le 16 octobre. L'auteur du roman qu'adapte le film, John Green, fut souvent présent sur le plateau pour voir son oeuvre prendre vie et réaliser quelques vidéos pour son blog personnel.
La première bande annonce du film fut mise en ligne le 29 janvier 2014 et cumula plus de trois millions de vues dans les 24 heures qui suivirent. Elle a depuis dépassé les 14 millions de vues sur l'ensemble de la toile.
Shailene Woodley n'était pas l'actrice initialement prévue par Josh Boone pour incarner Hazel. Elle lui envoya pourtant des lettres si passionnées qu'il reconsidéra la chose. Entreprenante et têtue, elle lui écrivit notamment que "If I'm passionate about something, I'll do everything I can to try to be a part of it", autrement dit "Si je suis passionnée par quelque chose, je ferais tout ce que je peux pour pouvoir en faire partie".
Shailene Woodley insista pour que son ami Ansel Elgort lise non seulement le script mais également la nouvelle avant de rencontrer producteur et réalisateur. Il accepta finalement de se plier à sa volonté de peur qu'elle ne prenne la mouche avant son audition, lui causant un surplus de stress non négligeable.
Le smartphone d'Hazel (Shailene Woodley) ne cesse de changer durant tout le long du film entre un Iphone blanc sans coque et un Iphone à coque grise. Peut-être s'agissait-il une fois sur deux de son téléphone personnel ?
La bande originale du film, arrangée par Nate Walcott et Mike Mogis, ne contient pourtant aucun morceau des Bright Eyes auquel appartiennent les deux compositeurs. Le groupe américain de folk laisse la place à plusieurs autres chanteurs, dont Birdy ("Tee Shirt" et "Not About Angels" sont présents dans la BO) et des groupes français (M83), britanniques (Tom Odell et Charli XCX), irlandais (Kodaline) et suédois (Lykke Li, The Radio Dept, Afasi & Filthy) en plus d'américains (Grouplove).