Pour Ron Nyswaner, le scénariste de Free Love, l'histoire de Stacie Andree et Laurel Hester devait être racontée un jour ou l'autre. Leur détermination et leur combat pour la communauté LGBT lui ont donné envie d'écrire ce scénario. Elle explique : "J’ai eu envie de raconter l’histoire de Laurel et Stacie parce qu’il s’agissait de personnes comme vous et moi, menant une vie ordinaire, qui se sont retrouvées dans une situation extraordinaire et qui y ont fait face de manière extraordinaire."
Le long-métrage de Peter Sollett repose sur des faits réels. Le réalisateur s'est inspiré de l'histoire de Laurel Hester, décédée en 2006 à la suite d'un cancer, et Stacie Andree, un couple se battant pour les droits homosexuels. Sollet et Ron Nyswaner ont notamment pris comme base pour le scénario le documentaire intitulé aussi "Free Love", réalisé par Cynthia Wade, sur le combat de ces deux femmes.
Avant Peter Sollett, Catherine Hardwicke désirait réaliser Free Love car elle était attachée au thème abordé dans le film, mais elle s'est finalement retirée du projet.
Au départ, Zach Galifianakis devait interpréter le rôle de Steven Goldstein, mais il a dû abandonner le projet à cause d'un emploi du temps chargé. Il a été remplacé par Steve Carell.
Le lycée Salesian dans la ville de New Rochelle à New York a refusé qu'une scène de Free Love soit tournée à l'intérieur du bâtiment en raison des dialogues et de la thématique homosexuelle du film.
Les vrais Stacie Andree, Dave Wells, l'ancien coéquipier de Laurel Hester, et Steven Goldstein ont été engagés en tant que figurants dans Free Love. Ils font chacun une courte apparition durant le film.
C'est la deuxième fois que Julianne Moore et Steve Carell apparaissent à l'écran ensemble. En 2011, les deux acteurs interprétaient un couple en crise dans Crazy, Stupid, Love aux côtés de Ryan Gosling et Emma Stone.
Très discrète sur sa vie sentimentale, Ellen Page a fait son coming-out en février 2014 lors d'une conférence LGBTQ à Las Vegas. L'actrice a longtemps caché son homosexualité, mais aujourd'hui, elle l'assume. Pour son rôle dans Free Love, la comédienne s'est inspirée de son propre parcours : "Je me sens concernée par ce film à titre personnel parce que je suis lesbienne, et quand on voit deux êtres traités avec moins de considération en raison de leur orientation sexuelle – et à qui on dit que leur amour n’est pas acceptable –, c’est bouleversant."
Peter Sollett a voulu se démarquer du réalisme âpre des histoires vraies en adoptant ce qu’il appelle "un style naturaliste romantique". L'objectif n'était pas de dépeindre l'univers de l'histoire tel qu'il était, mais tel qu’il existait à travers le regard de Laurel et Stacie. La directrice photo Maryse Alberti précise : "S’agissant de la lumière, on s’est surtout attachés à cerner le jeu des comédiens. Mais on a aussi cherché à restituer la spécificité des lieux, de l’époque et de l’identité des personnages à chaque plan."
L’un des décors les plus importants était la maison que Laurel Hester et Stacie Andree achètent puisque c'est à cet endroit que leur relation s’épanouit lorsqu'elles affrontent des enjeux de plus en plus complexes. Le chef décoratrice Jane Musky nous renseigne : "Il fallait que la maison offre un point de vue sur leur vie. Du coup, il nous fallait un point de vue panoramique pour ainsi dire. La maison joue un rôle dans plusieurs scènes du film et s’impose comme un très bel écrin où se déroule l’histoire."