Les Nuits avec Théodore est le second long métrage du réalisateur après Nuage en 2007, présenté au 65e Festival International du Film de Locarno. Sébastien Betbeder a entre-temps réalisé plusieurs courts et moyens métrages, parmi lesquels Yoshido, les autres vies en 2009 et Je suis une ville endormie en 2011.
L'histoire des Nuits avec Théodore n'est pas nouvelle pour le réalisateur. Dans son moyen métrage de 59 minutes Je suis une ville endormie réalisé en 2011, Sébastien Betbeder filmait la rencontre d'Anna et Théodore et leurs errances dans le Parc des Buttes-Chaumont à Paris. Apparaissaient déjà au casting : Pio Marmai et Agathe Bonitzer dans le rôle des amants, ainsi que Fabrice Adde, Sarah Le Picard et Noë Sampy pour les personnages secondaires.
Les Nuits avec Théodore a déjà été présenté en sélection officielle dans trois festivals internationaux en 2012 : le Festival International du Film de Toronto, le Festival du Film de Turin, ainsi que le festival Cinemania au Québec.
A 24 ans, Agathe Bonitzer a déjà une grande expérience du cinéma. Fille du cinéaste Pascal Bonitzer et de la réalisatrice Sophie Fillières, elle a tourné dans son premier long métrage à 8 ans. Après avoir côtoyé la fine fleur du cinéma français, Les Nuits avec Théodore est le 22e film dans lequel elle joue.
Les Nuits avec Théodore est le 11e long métrage de Pio Marmai depuis 2008. Dans sa jeune carrière, l'acteur a déjà reçu deux nominations au César du meilleur espoir masculin, en 2009 pour Le premier jour du reste de ta vie et en 2011 pour D'amour et d'eau fraîche.
Sébastien Betbeder a obtenu de nombreuses récompenses en tant que réalisateur de courts métrages. Parmi eux, La Vie lointaine a notamment été sélectionné aux César en 2009.