Alléluia est l’adaptation d’un fait divers qui a secoué les États-Unis de 1947 à 1949. L’histoire de Martha Beck, une jeune infirmière qui rencontre, grâce au «courrier du coeur», un gigolo soudoyant des veuves. Avant le film de Fabrice du Welz, le réalisateur Arturo Ripstein s'inspira lui aussi de ce fait divers avec son long-métrage Profundo Carmesí, réalisé en 1996.
Ce film a été sélectionné à la Quinzaine des réalisateurs du Festival de Cannes 2014.
Dix ans après le film Calvaire réalisé en 2004 et primé à la Semaine de la critique à Cannes, Fabrice du Welz retrouve Laurent Lucas, pour une nouvelle plongée dans le paysage parfois hostile des Ardennes.
Le réalisateur évoque son désir de travailler à nouveau avec cet acteur : "Le film est né de l'envie de retrouver Laurent Lucas, dix ans après « Calvaire » (2004). J'ai envie de construire quelque chose avec Laurent. A cela s'ajoute l'envie d'utiliser le contexte des Ardennes et des paysages hostiles qui ont marqué mon enfance. J'ai envie de transcender cela par la caméra, dans un style à la limite du fantastique visuel."
Fabrice du Welz a préféré tourner son film avec de la pellicule, plutôt que de se conformer au format actuel du numérique. Même si la pellicule est sur le point de disparaître, le réalisateur précise qu'elle apporte davantage de "beauté et d'âme" à l'image.
Auparavant, Vincent Cahay avait déjà travaillé avec Fabrice du Welz sur la séquence au piano de Calvaire. Il revient ici, sur Alleluia, pour en composer la musique de l'ensemble du film. Le réalisateur précise à son sujet : "On lui a demandé une maquette. Il est arrivé avec une version plus féminine de ce thème, quelque chose proche de Philip Glass, avec des sonorités années 80. C'est un thème très précis; avec une vraie dimension. Il m'a déjà donné énormément de matière."
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Fabrice du Welz commença le repérage des décors pour Alleluia dix ans avant le tournage de son film, pour éviter une certaine "platitude des décors" qu'il dit retrouver souvent dans le cinéma français.
Lola Duenas est connue pour avoir joué dans de nombreux films espagnols à succès tels que Parle avec elle , Volver, Yo También ou encore Mar Adentro. Pour Alleluia, Fabrice du Welz et l'actrice ont été mis en relation par l'intermédiaire du directeur de casting de Colt 45, mais ils se sont croisés pour la première fois par hasard dans un supermarché du 3ème arrondissement de Paris.
À l'âge de 16 ou 17 ans, Fabrice du Welz a été marqué par le film Massacre à la tronçonneuse réalisé en 1974 par Tobe Hooper. Il précise : "Il m'a donné une envie viscérale de faire du cinéma. Je le revois souvent et il me donne une énergie incroyable. Il correspond à mon désir de filmer le chaos sous une forme poétique."
Au départ, Yolande Moreau devait figurer au casting d'Alleluia. En effet, Fabrice du Welz souhaitant lui écrire un rôle taillé sur mesure, lui proposa de jouer dans son film. Finalement, elle déclina l'offre en raison d'un aspect sexuel trop exposé dans Alleluia.