Le film a demandé près de 500 jours de tournage dans 16 pays différents. Auparavant, il a fallu près d'une année pour trouver les espèces les plus représentatives, leurs lieux de parades ainsi que les bonnes périodes auxquelles les filmer. Au final, 170 espèces différentes ont été filmées - dont plus de 80 apparaissent à l'écran - dans des climats allant de -30°C à +50°C. Enfin, pour arriver à un film d'1h25, le réalisateur a dû sélectionner des images parmi 80 heures de rushes...
Sur les 83 espèces du film, certaines sont trouvables en France comme le Paon bleu, le Flamant rose, la Rainette, la Libellule, la Mante religieuse, l'Araignée de mer, le Busard St-Martin, le Canard-col-vert, le Cerf, le Chardonneret, le Cygne tuberculé, la Fauvette grisette, le Foulque macroule, le Grèbe castagneux, le Grèbe huppé, la Grenouille verte, le Héron cendré, le Lièvre, le Merle, la Mésange à longue queue, la Mésange charbonnière, le Pic épeiche, la Pie grièche, le Pigeon huppé, le Pigeon ramier, le Pinson, la Rousserolle effarvatte, Bouquetin sans oublier les baleines et les dauphins dont les images ont été tournées en Polynésie.
Le réalisateur, Laurent Charbonnier, est un spécialiste du film animalier depuis près de 25 ans. Il a mis à profit son expérience sur plusieurs longs métrages comme Les Enfants du marais de Jean Becker pour lequel il a réalisé les prises de vue animalière. Amoureux de la nature depuis son plus jeune âge, il a également travaillé sur Le Dernier trappeur de Nicolas Vanier et Le Peuple migrateur de Jacques Perrin.
"Le film animalier exige une vertu cardinale : la patience, explique Laurent Charbonnier. Pour filmer la parade du paradisier de Victoria, en Australie, je passe quatre jours à l'affût, au sommet d'une tour de quatorze mètres. La danse d'amour n'a lieu que le quatrième jour et dure trente secondes. Je fais démonter l'édifice pour le placer dans un autre axe. À nouveau deux jours d'attente – et une seule parade. Durant ces heures que je passe perché comme le baron d'Italo Calvino, non seulement les mouches et les moustiques sont assez désagréables, mais je dois veiller à ce qu'aucun serpent ne grimpe. En milieu humide, avec de la buée sur l'objectif et la hantise de rater l'événement, l'émotion est garantie. Mais ce sont les ingrédients mêmes du plaisir... Quand on se lance dans un film animalier, on se dit qu'on a le temps : une fiction se tourne en huit à dix semaines ; en partant huit à dix semaines, le cinéaste de nature rapporte au mieux dix minutes d'image !"
Les Animaux amoureux revient sur le thème même des films : les animaux, à l'instar des humains, peuvent-ils être véritablement amoureux ? : "Des scientifiques un peu coincés (en vérité, une minorité) m'ont reproché le titre même du film : Les Animaux amoureux. L'amour, argumentent-ils, est un sentiment réservé aux seuls humains. Je n'en suis pas sûr : nous incarnons nous-mêmes des animaux et nous réagissons aux mêmes hormones qu'eux. Si nos représentations sont différentes, nous éprouvons le même genre de passions... Peu importe. Les Animaux amoureux était, au départ, un titre de travail. Je l'ai gardé parce que je l'aime ! C'est le seul moment du film où l'on pourrait me taxer d'anthropomorphisme. Le reste est le témoignage précis de ce que j'ai vu et capté sur la pellicule, sans aucun apprêt ni trucage. S'il était un jour démontré que les animaux sont exclus de la sphère du sentiment, il serait équitable de souligner, devant les spectacles d'amour qu'ils nous offrent, que nous éprouvons pour eux toutes sortes de sentiments. Dont au moins deux : l'émerveillement et la gratitude. Ils nous enchantent. Et nous leur disons merci."
Le son ne pouvait pas être pris en même temps que les prises de vue pour des raisons pratiques (les systèmes de prises de sons ne devaient pas effrayer les animaux). Il fallait donc effectuer les prises de sons sur les mêmes sites de tournage que les caméras mais à des moments différents, tout en gardant présent à l'esprit les souhaits du réalisateur. Les sons et les images ont finalement été assemblés durant le montage du film.
Laurent Charbonnier s'est entouré d'autres spécialistes du film animalier ayant déjà fait leur preuve tant au cinéma qu'à la télévision. L'ingénieur du son Philippe Barbeau a ainsi été récompensé en 1997 par le César du Meilleur Son pour son travail sur la bande son du film Microcosmos, le peuple de l'herbe, tandis que Martine Todisco s'est distinguée grâce à son travail sonore pour Le Peuple migrateur.
Le compositeur Philip Glass raconte comment il a abordé l'écriture de la musique du film : "Il y a d'abord un thème principal, de base, composé en mode mineur et que j'ai souhaité majestueux, en référence au côté grandiose et impérial de la nature. Thème que l'on retrouve à la fois au début du film ainsi qu'à la fin accompagnant le cortège solennel des éléphants. Il y a également une dimension que je qualifierai “d'aviaire”dans la partition et rendue musicalement par l'emploi d'instruments à bois qui reproduisent la sensation de battement, de scintillement. Enfin le troisième élément clé de cette bande originale repose sur l'emploi de paires d'instruments - par exemple deux clarinettes ou deux trompettes – inspirée évidemment par la récurrence des images d'animaux en couple."
Les Animaux amoureux est parrainé par EDF, avec le soutien de la Fondation Nicolas Hulot.