Une femme de notre temps est né de l'envie de Jean Paul Civeyrac de traiter d'un personnage qui "aurait une ligne droite de comportement, puis un point de bascule, et au bout, l’accès à une vérité intérieure plus profonde, pouvant conduire à un nouvel essor". Il a entamé l'écriture du film sans intention théorique par rapport à des films pré-existants, avec l'idée d'un récit épuré mené par ce personnage. Cependant, il reconnaît : "Je me suis rendu compte que j’allais fatalement croiser des films ou des genres de l’histoire du cinéma. S’il est difficile d’enfermer Une femme de notre temps dans un genre précis, on peut dire tout de même qu’il n’est ni un polar ni un thriller, et qu’il semble emprunter au mélodrame noir certains traits qui forment comme la strate apparente du récit."
En montrant une héroïne commissaire de police qui sort de la légalité, mue par des passions irrépressibles, Jean Paul Civeyrac tenait à dépasser le cadre du mélodrame adultérin et de l'épouse bafouée. Juliane devient une sorte d'héroïne de tragédie : "elle se sent investie d’une mission qui la dépasse elle-même, où il y a quelque chose qui semble de l’ordre d’une destinée à accomplir [...]". Le fait qu'elle manie le tir à l'arc fait écho à des figures mythologiques et l'inscrit "dans l’immémorial de la tragédie ou du conte."
Jean Paul Civeyrac retrouve le chef opérateur Pierre-Hubert Martin, avec lequel il avait déjà collaboré sur Mes Provinciales. Alors que ce dernier reposait sur les dialogues et privilégiait le champ-contrechamp, Une femme de notre temps a bénéficié d'un budget plus confortable permettant de faire des travellings, donnant de l’ampleur au récit et aux personnages. Le réalisateur détaille : "La caméra en mouvement permet d’unir les actions et on ne découpe que quand c’est nécessaire. Lors de ma formation cinématographique, j’ai été marqué par Jean-Marie Straub et Daniele Huillet qui parlaient d’un « point stratégique » depuis lequel filmer toute une séquence. À force de faire des films, je me suis rendu compte que j’étais tout le temps à la recherche de ce point stratégique." Avec Pierre-Hubert Martin, il a donc cherché à placer la caméra de façon à ce qu'elle embrasse le maximum d’une scène et des décors.
La bande originale du film est empruntée à l’œuvre de Valentin Silvestrov, un compositeur ukrainien qui a par ailleurs réussi à fuir de Kiev au début de la guerre. Le réalisateur s'est tourné vers sa musique pour son aspect crépusculaire : "La musique traduit les états intérieurs de Juliane : au début le malaise, puis la violence, et finalement le tragique. [...] Avec cette musique, je voulais au début emporter le spectateur d’une façon traditionnelle, confortable, et puis ensuite, aller vers quelque chose de plus étonnant, vers ce côté opératique qui inscrit théâtralement le personnage dans un univers plus vaste, et plus mystérieux."
Jean Paul Civeyrac est plutôt habitué à travailler avec de jeunes acteurs débutants ou peu connus. C'est la première fois qu'il dirige une actrice aussi célèbre que Sophie Marceau. Il ne l'avait pas en tête durant l'écriture mais a pensé à elle au moment du casting. La comédienne a accepté le projet dès la lecture du scénario : "Je peux dire qu’elle est non seulement une merveilleuse actrice qui sait parfaitement contrôler son jeu mais qu’elle a quelque chose en plus, et de plus important à mes yeux : une sorte d’abandon, comme si elle offrait quelque chose d’elle-même dans les plans où elle paraît se jeter sans ne plus penser aux effets qu’elle doit produire. C’est pourquoi elle demeure toujours un peu surprenante, et bien sûr, très émouvante."
Au casting d'Une femme de notre temps, on retrouve l'actrice roumaine Cristina Flutur, qui avait obtenu le Prix d'interprétation féminine en 2012 pour Au-delà des collines. Elle mène depuis une carrière discrète. Ce n'est qu'après l'avoir rencontrée et choisie que le réalisateur a su pour son prix : "Personne ne me l’avait dit, encore moins elle, et j’ai trouvé cela vraiment très classe de sa part. Elle s’est révélée dans le travail au diapason des autres acteurs choisis : simple, discrète, généreuse, avec des propositions toujours judicieuses. Travailler avec tous ces merveilleux acteurs a été pour moi le grand bonheur de ce film."