Pour la première fois, Claude Lelouch a complétement délégué le travail de production à la société Les Films du Kiosque, ce qui lui a permis de se concentrer sur son travail de réalisateur et d'être plus perfectionniste.
Ayant choisi d'évoquer des histoires vraies, il était indispensable pour Claude Lelouch de mettre en scène des acteurs "pas trop usés" qui permettraient au public de croire à la véracité de l'histoire. Une histoire autobiographique, en forme d'ode à l’amour, à la musique, au cinéma et aux acteurs que le réalisateur affectionne tant.
Pour Ces amours-là, Claude Lelouch a délaissé les plans en plongée ou contre-plongée au profit de gros plans ou de plans larges, à hauteur des yeux des comédiens, le but étant d'être complétement au service des acteurs.
L'actrice principale du film Audrey Dana tourne pour la deuxième fois devant la caméra de Claude Lelouch après son film Roman de gare. Elle donnait alors la réplique à Dominique Pinon, qu'elle retrouve au casting de Ces amours-là.
Le chanteur Raphaël fait avec ce film sa première apparition au cinéma. Il a rencontré le réalisateur Claude Lelouch après un concert auquel il avait accompagné sa fille, fan du chanteur.
Laurent Couson, qui interprète le personnage de Simon, joue pour la toute première fois au cinéma. Il n’est cependant pas étranger au cinéma de Lelouch puisqu’il avait travaillé sur les bandes originales des Parisiens et du Courage d'aimer. Il signe ici la musique, en collaboration avec Francis Lai, en plus d'interpréter un rôle pour lequel il a tout de même perdu dix kilos.
C’est un fait connu : Claude Lelouch aime s’entourer de comédiens non professionnels. Dans Ces amours-là, pas moins de trois personnes sont issues du monde de la musique, à savoir Laurent Couson, Liane Foly et Raphaël.
Claude Lelouch fait des références à ses précédents films dans Ces amours-là. Il retrouve Anouk Aimée, actrice inoubliable dans Un Homme et une femme et qui a depuis, collaboré régulièrement avec le réalisateur. Dernier film en date : Une pour toutes en 1990.
Dans Ces amours-là, Claude Lelouch a placé des extraits de film, qu'il a voulu comme des prolongements de l’émotion du film. On peut donc y voir des passages de Remorques de Jean Gremillon, d'Autant en emporte le vent de Victor Fleming ou encore du Jour se lève et d'Hôtel du Nord de Marcel Carné. Lelouch devait travailler avec Jean Gabin sur Le Dernier des gigolos, un projet resté inabouti en raison du décès de l'acteur peu de temps après leur discussion. Grâce à la magie du dispositif cinéma, le cinéaste a pu rendre hommage à l'immense acteur dans Ces Amours-là.
Pour le réalisateur la colonne vertébrale du film est le portrait de Ilva, qu'il considère comme une femme dans toute sa modernité, qui sait jongler avec le rêve et les difficultés du quotidien.
Il était dès le début évident pour lui que son héroïne serait une de ces femmes modernes nées pendant la seconde guerre mondiale.
Le film de Claude Lelouch a été choisi comme film d'ouverture du Festival International du Film de Moscou 2010.
Le réalisateur et son équipe ont décidé de tourner dans les studios roumains MediaPro.