Persécution a été présenté en Sélection officielle, en compétition, à la Mostra de Venise en 2009.
Romain Duris a été associé au projet dès le départ : "Il a (...) accompagné l'écriture du scénario, en me donnant son avis", se souvient le réalisateur."Nous avions l'un et l'autre envie de travailler ensemble. Je ne peux pas affirmer pour autant avoir écrit pour lui. On n'écrit jamais pour les acteurs, c'est une formule abusive, l'écriture n'est pas comme couper des costumes sur mesure. On pense confusément à un comédien, on écrit des choses et l'on attend surtout de voir comment il va réagir et les transformer. C'est en le voyant dans De battre, mon coeur s'est arrêté de Jacques Audiard que j'ai été attiré par Romain. J'y voyais quelqu'un d'une flexibilité et d'une profondeur incroyables, j'y voyais une grâce (...) Romain m'a impressionné par la puissance de son jeu, sa capacité à résoudre des descriptions psychologiques très complexes, son aptitude à les faire aussitôt siennes. Sa flexibilité."
Patrice Chéreau parle du point de départ du film : "J'ai bien peur qu'il ne soit le fruit d'une réflexion sur une façon d'aimer que je connais bien, que j'ai connue, disons. Le personnage de Daniel possède des choses qui me rapprochent de lui, voire que je déteste en moi. J'ai donc commencé à écrire une quinzaine de lignes sur le cas d'un homme qui ne saurait aimer que dans la réclamation et le sentiment du deuil. Puis j'ai pensé que cette histoire seule n'était pas intéressante et je l'ai laissée de côté. Raconter ce malheur ne m'a pas paru suffisant, je me suis dit qu'il fallait un contrepoint. Est alors arrivée cette histoire du fou et l'envie de croiser les deux histoires : un fou, un homme pratiquant, pour le coup, une vraie persécution qui, elle, n'a besoin d'aucune preuve, qui est sûre d'elle-même ; quelqu'un qui sait à la place des autres, mieux que les autres. Une histoire que j'ai pu connaître elle aussi, il y a longtemps (...) Harcèlement, oui, mais ce mot est galvaudé ; je trouve le mot "persécution" plus fort, plus insoutenable (...) Et on ne pense jamais qu'on peut soi-même persécuter, harceler, qu'on est intolérable à l'autre."
Initialement, Patrice Chéreau n'était pas sûr que Charlotte Gainsbourg soit le bon choix pour le personnage de Sonia. "Elle a eu l'incroyable intelligence de me proposer de faire des essais avec Duris", précise le cinéaste. "Faire passer des essais à une comédienne ou un comédien ne sert pas à déterminer s'ils sont bons ou pas. Ça en principe, on le sait déjà. Non, on s'auditionne mutuellement pour savoir si une collaboration est possible. Elle est donc venue et nous avons travaillé avec Romain un extrait de Roberto Zucco de Bernard-Marie Koltès et une séquence du scénario de Persécution. Ils étaient très beaux ensemble. La légère différence d'âge était belle à regarder : on voyait vraiment cette femme travaillant, jour après jour, à ce que cette relation puisse continuer et rester vivante, on la voyait tenir tête à la folie. Comme quoi, il faut sans cesse renourrir la connaissance qu'on a des acteurs. Il faut voir comment ils ont changé, les prendre pour cela et non pour ce qu'ils étaient."
Après plusieurs films de groupes (Ceux qui m'aiment prendront le train) ou à deux personnages (Gabrielle), Patrice Chéreau s'intéresse à un étrange trio, même si Persécution est avant tout "un portrait", confie le réalisateur. "Celui de Daniel, ce sont des fragments autour d'un personnage absolument central qui me fascine, m'exaspère et m'attendrit parce que je crois que je le connais bien. Tout ici est contenu dans le titre. Comment aimer peut-il devenir une persécution ? (...) Le film décrit comment un être qui a toutes les raisons de se sentir persécuté ne se rend pas compte qu'il est lui-même en train de persécuter sa compagne. Daniel ne fait pas de lien entre les deux histoires. Il devrait."
Patrice Chéreau retrouve Jean-Hugues Anglade 26 ans après lui avoir offert son premier grand rôle dans L'Homme blessé, et quinze ans après La Reine Margot, dans lequel l'acteur incarnait Charles IX.
Persécution marque la quatrième collaboration de Patrice Chéreau avec la scénario Anne-Louise Trividic après Intimité, Son frère et Gabrielle. Pour la musique, il a de nouveau fait appel à Eric Neveux, à qui on doit notamment la partition d'Intimité. En revanche, c'est la première fois qu'il fait appel au chef-opérateur Yves Cape, connu pour son travail avec Bruno Dumont.
Pour jouer le rôle de Michel, Patrice Chéreau a fait appel à Gilles Cohen, un acteur qu'il connaît (presque...) depuis plus de 20 ans. "C'est quelqu'un que je ne repérais pas bien, jusqu'au moment où j'ai vu De battre, mon coeur s'est arrêté, où il avait cette première scène, et il était extraordinaire. J'ai demandé son nom, et j'ai dit : mais je le connais, Gilles Cohen ! Il avait passé l'école de Nanterre en 1986, il a été pris, et c'est le seul qui ait démissionné. Il ne s'est même pas présenté, il ne se sentait pas prêt ! Je n'ai jamais oublié ce nom : c'était courageux en un sens. Et quand je l'ai revu, c'était important pour lui et pour moi."
Le film a été tourné en deux temps, d'abord en octobre et novembre 2008, puis en février 2009, car Patrice Chéreau s'était engagé à assurer la mise en scène de Tristan et Isolde à la Scala en janvier.
Le film est produit par Bruno Levy, qui n'avait encore jamais travaillé avec Patrice Chéreau, mais qui a déjà financé plusieurs films marquants de Cédric Klapisch avec Romain Duris : L'Auberge Espagnole, Les Poupées russes et Paris.