La production des Nuits d'été s'est effectuée en septembre 2013 à Strasbourg pour se poursuivre à Schiltigheim et Wolfisheim (deux villes près de Strasbourg). En tout et pour tout, le tournage aura duré sept semaines en Alsace. D'autres scènes du film furent tournées en Moselle et en Lorraine.
Le Festival du Film de Venise a décerné le "Queer Lion" au film Les Nuits d'été. Cette récompense est attribuée au meilleur film à thématique homosexuelle ou queer.
Les Nuits d'été est inspiré d'un livre de photographies intitulé Casa Susanna des années 1950 et 1960 sans commentaire, ni légende, illustrant des hommes travestis dans une maison de campagne du New-Jersey. Sur ces photos, les hommes effectuent des activités telles que prendre le thé, faire du jardinage ou jouer au scrabble. Le réalisateur indique que les illustrations jouent sur deux choses : le modèle féminin traditionnel de l'époque, mais aussi la modernité, car ils abordent le travestissement avec théâtralité.
Rodolphe Burger, qui a composé la bande originale du film, fait une apparition dans une scène de cabaret où il campe le rôle d'un musicien.
Parmi l'un des décors du tournage, l'ancienne brasserie Schutzenberger de Schiltigheim a permis à la production de reconstituer un cabaret d'époque dans ces bâtiments désaffectés, un cabaret Magic Mirrors.
Les Nuits d'été est une histoire qui se déroule en France, alors qu'au départ il s'agit d'une histoire américaine, puisque le livre de photographies Casa Susanna dont s'inspire le film présente des hommes travestis se réunissant dans le New Jersey. De plus, le réalisateur Mario Fanfani confie que ce récit peut être universel et qu'il ne s'agit donc pas de le situer dans un lieu en particulier.
Le réalisateur Mario Fanfani a souhaité faire de son long-métrage un film musical. Les Nuits d'été présente des reprises des chansons "Moi je préfère" (connue pour avoir été interprétée par Jeanne Moreau), "Je coûte cher" de Boris Vian, chantée par Serge Bagdassarian a cappella et "Youkali" de Kurt Weill interprétée par Zazie de Paris.
Deux références majeures sont présentes dans le film de Mario Fanfani : tout d'abord il y a le mambo dansé par Jean Benoît Mollet qui fait tout de suite penser à Brigitte Bardot dans Et Dieu...créa la femme de Roger Vadim, puis une citation qui provient de l'oeuvre de Rainer Werner Fassbinder, Lola, une femme allemande réalisé en 1981.
Mario Fanfani a choisi de filmer ses comédiens en 1:37 car ce format évite les gros plans et permet selon lui d'obtenir une certaine douceur dans ses images. Par ailleurs, le cinéaste ne souhaitait pas utiliser le sépia pour représenter les années 50, c'est pourquoi il a préféré varier les ambiances visuelles. Ainsi, les trois quarts du film se situent en hiver, l'image est donc plutôt froide, en revanche, les scènes de cabaret sont dans des couleurs plus chaleureuses et pour finir, les séquences se déroulant au printemps sont dans des teintes plus acidulées.
Presque la totalité des acteurs du film Les Nuits d'été proviennent du théâtre, notamment Guillaume de Tonquédec qui s'est illustré dernièrement dans les pièces Le Prénom et Un dîner d'adieu de Matthieu Delaporte et Alexandre de la Patellière. Il n'est pas le seul, puisque Jeanne Balibar, Nicolas Bouchaud, Mathieu Spinosi, Serge Bagdassarian et les autres sont des habitués des planches. Ainsi, ils avaient tous besoin de jouer en continu comme au théâtre pour être totalement immergés, c'est pourquoi, le réalisateur a décidé de tourner en plan-séquence afin d'éviter d'interrompre ses acteurs dans leur jeu.
Lorsque le rôle principal des Nuits d'été a été proposé à Guillaume de Tonquédec, avant de donner une réponse positive celui-ci a préféré passer des essais avec Mario Fanfani, de façon à se rendre compte si le courant allait pouvoir passer entre lui et le cinéaste. Par ailleurs, le comédien avait besoin de voir s'il allait être capable d'interpréter un personnage aussi complexe que celui d'un homme qui décide de se travestir. L'acteur confie : "Mario a apporté des bouts de costumes, des chaussures à talons, des faux seins, une robe… Et je me suis transformé en femme, j’ai fait une entrée, comme on voit dans le début du film : «Je m’appelle Mylène… »"
Pour interpréter Mylène, Guillaume de Tonquédec s'est entraîné tous les soirs dans sa chambre d'hôtel à marcher avec des talons, à porter des corsets et à revêtir des costumes des années 50 qui étaient beaucoup moins confortables qu'aujourd'hui. L'acteur a aussi appris à chanter en voix de tête de façon à être dans l'émotion de la chanson, même s'il chante en playback dans le film.
La chef costumière Anaïs Romand et le chef décorateur Florian Sanson n'ont pas souhaité représenter exactement les années 50 et la période de la guerre d'Algérie, mais ils ont davantage voulu que les acteurs soient à l'aise dans les costumes et dans les décors. Ainsi, le film présente parfois des anachronismes mais cela a été validé par le réalisateur Mario Fanfani. Il précise : "Le film d’époque est un exercice compliqué : trop minutieux, on devient antiquaire et pas assez, personne n’y croit plus. Comment trouver la bonne distance pour être juste sans que les décors, les costumes, les dialogues sentent la naphtaline, que les années cinquante ne soient pas réduites à un simple cliché ?"