C'est la première fois que Pierre Jolivet s'essaie à la comédie romantique. Le cinéaste s'explique : "Avec Je crois que je l'aime, j'avais envie de faire un film d'amour, parce que je n'en avais jamais fait (...) Et parler d'amour, ça fait presque aussi peur que l'amour lui-même... Mais je ne pouvais en parler qu'à travers un personnage de mon âge. Vivant maritalement depuis un certain temps, je n'ai plus fait la cour à une femme depuis près de vingt ans. D'une certaine façon, ça me manque, évidemment." Son acolyte Simon Michaël note de son côté : "On n'a pu écrire cette comédie sur l'amour que parce qu'à travers notre travail, on avait atteint un niveau de connaissance et de confiance réciproques qui nous permettait de traiter d'un sujet aussi personnel."
Je crois que je l'aime marque les retrouvailles de Sandrine Bonnaire et Vincent Lindon, vingt ans après Quelques jours avec moi de Claude Sautet. Lindon y incarnait Fernand, le petit ami de la domestique Francine interprétée par Bonnaire.
En dix ans, de Fred à Je crois que je l'aime en passant par Ma petite entreprise, Le Frère du guerrier et Filles Uniques et Vincent Lindon et Pierre Jolivet auront travaillé cinq fois ensemble. "J'aime sa façon de me regarder, et j'aime l'image de moi qu'il me renvoie, confie l'acteur à propos de son cinéaste-fétiche. "Avec Pierre, je me rends compte que l'une de nos étapes favorites est le moment où l'on cherche la tenue du personnage : du chômeur de Fred, avec son blouson de cuir et sa moustache, au guerrier du XIIIe siècle, en passant par la Petite entreprise, pour finir cravaté, en costume strict du grand patron, avec une belle et grosse voiture. Quelle ascension sociale que celle-là ! C'est quasiment un "morphing" comme ils le font dans certaines gazettes avec le costume d'un côté et les dates de l'autre."
Dès son premier long métrage, Strictement personnel en 1985, Pierre Jolivet a fait appel à François Berléand. Aujourd'hui très sollicité, l'acteur était alors totalement inconnu du grand public. Et c'est d'ailleurs grâce à un autre film de Jolivet, Strictement personnel, qu'il accède à la notoriété quelques années plus tard (avec à la clé un César du Meilleur second rôle en 2000). Les seuls films du réalisateur dans lesquels Berléand n'apparaisse pas sont Force majeure ainsi que le précédent Zim and co.. A propos de ce film, l'acteur plaisante : "D'accord, il n'y avait pas de rôle pour moi ; d'accord, c'était un film sur des ados ; d'accord, il ne voulait que des inconnus, et des acteurs identifiables auraient détourné l'attention, mais je m'en foutais, je voulais juste être là, pour assister aux vrais débuts de son fils Adrien que j'ai connu tout petit."
Sandrine Bonnaire brosse le portrait d'Elsa : "C'est un artisan, donc une manuelle, et un artiste qui crée des fresques en céramique d'une beauté confondante. Elle a une personnalité si particulière qu'il paraît normal qu'elle ait pour amis à la fois Peter Gabriel et un champion du monde de sumo. Éclectique, exotique, frondeuse, elle a souvent raison et elle l'affirme. Elle est têtue... Une fonceuse. Quand elle a décidé d'un truc, elle y va. Elle veut terminer un boulot, elle le fait. Elle a décidé, pendant toute une période de sa vie, qu'elle serait seule, elle l'a fait... Si je devais la résumer d'un mot, je dirais que c'est une fille couillue. Elle me permet d'aborder la comédie car contrairement à l'image qu'on peut avoir de moi, je ne me suis jamais sentie aussi dramatique ou malheureuse que mes personnages."
Comme les cinq films précédents de Pierre Jolivet, Je crois que je l'aime a été co-écrit par Simon Michaël, un ancien flic qui fit ses premières armes comme scénariste au milieu des années 80. Il fut notamment le collaborateur de Claude Zidi ((Association de malfaiteurs, La Totale...), avant de devenir le fidèle complice de Jolivet.
Dans Je crois que je l'aime, Lucas demande au détective privé de so société d'enquêter sur la femme qu'il aime. L'occasion pour le scénariste Simon Michaël de se plonger dans ses souvenirs : "Je ne m'en suis jamais caché : jadis, j'ai appartenu à un régiment de parachutistes qui faisait du renseignement, j'ai aussi travaillé aux Renseignements Généraux, et c'est une de mes passions fondamentales (...) Je connais bon nombre d'anciens de la DGSE, des RG ou de la DST qui sont aujourd'hui employés par de grandes entreprises. On leur demande parfois des choses surprenantes."
Le rôle de la businesswoman québecoise est tenu par la chanteuse Liane Foly. C'est la deuxième expérience cinématographique de l'interprète d'Au fur et à mesure, qui était en 1995 à l'affiche de Zadoc et le bonheur aux côtés de Tchéky Karyo. Elle connaît bien la famille Jolivet, l'humoriste Marc Jolivet (frère de Pierre) ayant mis en scène ses spectacles au début des années 90. Le cinéaste déclare à propos de la comédienne : "Du fait qu'elle soit auteur-compositeur et interprète, [elle] a une oreille monstrueuse et un sens inné du rythme. Dès les premières lectures du scénario, on sentait qu'elle avait en elle un disque dur qui enregistrait toutes les musiques des phrases. C'est aussi pourquoi elle peut prendre tous les accents."
Après s'être inspiré de Loik Le Floch Prigent pour L'Ivresse du pouvoir de Chabrol, François Berléand a pris comme modèle, pour une des scènes du film, un autre fameux homme de pouvoir. Il se souvient : "Une des répliques qui m'a fait le plus rire à la lecture, c'est celle où mon personnage dit : "J'ai travaillé sous Mitterrand, vous savez..." Je voyais déjà dans son regard une lueur de duplicité jubilatoire... Je me suis d'ailleurs inspiré du débat entre Mitterrand et Chirac quand celui-ci lui disait : "Regardez-moi droit dans les yeux et dites-moi que vous ne mentez pas." Mitterrand l'a regardé droit dans les yeux : "Mais non, bien sûr !" Alors qu'il était évident qu'il mentait !"
Au départ, Pierre Jolivet avait pensé intituler son film Irrésistible.
Juliette Binoche avait été pressentie pour jouer le rôle d'Elsa.