Fou d'amour reprend l'affaire du curé d'Uruffe, en Lorraine, un fait divers de 1956. Le prêtre Guy Desnoyers, qui avait l'habitude d'entretenir des liaisons avec de nombreuses paroissiennes, a vu sa position menacée par la grossesse de l'une de ses maîtresses, Régine Fays.
Philippe Ramos avait déjà traité l'affaire du curé d'Uruffe dans un court-métrage, Ici-bas. Il a voulu reprendre cette histoire différemment : "Dans Ici-bas, j’avais mis sur les épaules du curé toutes les angoisses du monde, faisant du film un objet empreint d’une gravité asphyxiante. Cette fois, bonheur et plaisirs volubiles allaient précéder la folie ravageuse. Il s’est donc agi de placer le film sous un ton léger, voire humoristique, avant de changer progressivement les couleurs par petites touches pour créer une sorte de dégradé d’atmosphère et de sentiments jusqu’à un noir intense et tragique."
Le réalisateur a apporté quelques détails ou changements en plus du fait divers d'origine. En effet, le point de départ de Fou d'amour est la mise à mort du curé, qui explique ses actes au spectateur par-delà la mort. D'autre part, la jeune victime est devenue aveugle dans le film, pour des raisons symboliques.
Philippe Ramos a décidé de faire parler un mort pour constituer la narration de son film. "Ainsi, je tenais là une pièce maîtresse qui reflétait parfaitement l’aspect comique et tragique que je voulais donner au film", je dois même reconnaître que j’ai volontairement utilisé cette fraternité pour pouvoir, insidieusement, emporter le spectateur vers un abîme".
Le réalisateur a précisé que Fou d'amour n'était pas un film "engagé" au sens propre du terme : "Le choix de l’exécution a donc été guidé par un parti pris dramaturgique et non par une volonté de parler de la peine de mort. Cette question, d’ailleurs comme celle de la sexualité des prêtres, est peut-être sous-jacente, mais ce n’est en rien mon propos. À partir d’un contexte historique ou social, je cherche avant tout à creuser l’intimité des êtres humains, à mettre l’homme à nu, à peindre ses désirs, sa folie. En cela, je suis plus un « cinéaste portraitiste » qu’un cinéaste scrutateur de la société et des grandes problématiques qu’elle génère."
Melvil Poupaud, l'acteur principal et narrateur du film, a enregistré toutes les voix-off "in situ", c'est-a-dire sur les lieux du tournage, afin de bien rester dans son personnage.
Philippe Ramos a choisi des acteurs "de sa petite troupe", comme il les appelle : Dominique Blanc et Jacques Bonnaffé, qui étaient à l'affiche de Capitaine Achab en 2008 ou Jean-François Stévenin, qui figurait dans Jeanne Captive en 2011.
Fou d'Amour signe la première apparition de Dominique Blanc sur le grand écran depuis L'autre Dumas en 2009. Elle avait cependant continué sa carrière à la télévision et en donnant sa voix à un personnage dans Une vie de chat en 2010.
Philippe Ramos est à la fois cadreur, monteur, opérateur, décorateur et réalisateur sur ses films. Il a gardé l'habitude qu'il avait dans sa jeunesse de coucher sur papier, sous forme de storyboard, ses idées de mise en scène.
Fou d'Amour a été tourné dans l'Ain, dans la région Rhône-Alpes, principalement autour de Champagne-en-Valromey et Belmont-Luthézieu.