L'Epreuve est inspiré de l'ancienne profession du réalisateur Erik Poppe, qui était photo-reporter de guerre durant les années 80. Celui-ci a dû arrêter sa carrière au moment où il est devenu père car il souffrait de faire subir tant de pression à sa famille, laquelle avait peur de ne plus jamais le revoir lorsqu'il partait sur le terrain.
Erik Poppe a préféré confier le rôle du photo-reporter de guerre à une femme, en l'occurrence Juliette Binoche : "Si un homme laisse ses enfants à la maison pour son travail, on trouve cela normal. Mais dans le cas d’une femme, les réactions sont plus mitigées. D’autre part, depuis 20 ans, beaucoup de femmes sont apparues dans la profession, parce que beaucoup de conflits ont lieu dans des régions de culture islamiques. Dans ces endroits, un homme ne peut raconter que la moitié des événements, car il ne pourra pas approcher les femmes, alors qu’une femme reporter pourra établir des contacts, rencontrer d’autres femmes et les photographier."
Le nom de Juliette Binoche s'est imposé assez rapidement pour le rôle de Rebecca, car la production de L'Epreuve souhaitait une actrice à la portée internationale. Le cinéaste ajoute : "J’avais besoin d’une personnalité très forte, totalement intègre pour interpréter ce rôle. Quand elle a accepté le projet elle s’est battue pour son personnage, qui ne lui est pas étranger. Même si Juliette n’est pas photographe, elle sait ce que c’est d’avoir une passion et des enfants à la maison."
Devenu célèbre à travers son rôle de Jaime Lannister dans Game of Thrones et de mari coureur de jupons dans Triple alliance réalisé par Nick Cassavetes, Nikolaj Coster-Waldau a souvent joué des personnages d'homme fort, arrogants et ignobles. Pour L'Epreuve, Erik Poppe a souhaité intégrer le comédien au projet car il voulait le faire jouer à contre-emploi et dévoiler une personnalité plus douce et plus fragile face à Rebecca (Juliette Binoche), la femme qu'il aime et qu'il a peur de perdre.
Une partie des décors étant située à Dublin, le réalisateur a voulu intégrer une touche de culture locale en proposant au batteur du groupe irlandais U2, Larry Mullen Jr, d'interpréter Tom sur le tournage de L'Epreuve. Il s'agit de son second long-métrage de fiction après Man on the train (inédit en France) de Mary McGuckian (2011).
Alors que le tournage de L'Epreuve s'est déroulé près de Kaboul, une femme kamikaze a provoqué une explosion très proche des plateaux. L'équipe d'Erik Poppe a même senti des tremblements de terre à ce moment !
Le titre du projet devait initialement être "Grenade", mais le réalisateur a finalement penché pour L'Epreuve.
Au départ, L'Epreuve devait prendre place en Norvège. Nikolaj Coster-Waldau avait lu le scénario en norvégien, mais il n'était pas disponible en raison d'un emploi du temps trop chargé. Une chance pour lui, car les dates de tournage ont été déplacées, ainsi que le lieu, puisque le long-métrage a été principalement réalisé en Irlande, à Dublin.
Afin d'interpréter au mieux son personnage, Juliette Binoche s'est renseignée auprès de photo-reporters de guerre. Celle-ci a par ailleurs appris que parfois, les clichés pris sur place, jugés trop choquants ou bien trop réels, ne sont pas acceptés par les éditeurs, ce qui est très difficile à accepter pour un photographe qui risque sa vie dans le but de dénoncer l'horreur de la guerre.
Le metteur en scène Erik Poppe avoue que son scénario n'était pas tout à fait abouti au moment du tournage. La présence de Juliette Binoche lui a permis d'apporter de nouvelles idées et une vision fraîche de ses personnages. Il précise : "On s’est battu sur le scénario, qui n’était pas abouti comme il aurait dû l’être. Celui-ci changeait tout le temps et elle m’a poussé pour que ça avance. (...) Au final, j’avais décidé de la pousser à jouer d’une manière encore plus puissante que ce que j’avais perçu d’elle, pour la voir faire ce qu’elle n’avait jamais fait auparavant."