La réalisatrice Catherine Breillat a accepté de jouer le rôle de l'épouse de Jean-Pierre Bacri dans Une Femme de ménage. Ce n'est pas la première fois qu'elle passe devant la caméra : elle a fait des apparitions dans Le Dernier Tango à Paris de Bernardo Bertolucci et Dracula pere et fils d'Edouard Molinaro.
Une Femme de ménage est la 18e réalisation de Claude Berri.
Claude Berri a donné peu d'indications de jeu à ses comédiens. Jean-Pierre Bacri dit de lui : "Il n'est pas très directif et c'est plutôt bien. Il fait confiance aux comédiens qu'il a choisis." Quant à Emilie Dequenne, elle raconte : "Pour l'interprétation de Laura, Claude voulait une absence totale de jeu, il me disait toujours : "Sois naturelle. Comme dans Rosetta."
C'est en parcourant les pages du Nouvel Observateur que Claude Berri a pris connaissance du roman de Christian Oster Une Femme de ménage. Après lecture, il a décidé de le porter à l'écran.
Jean-Pierre Bacri accepte de moins en moins de rôles au cinéma. Il a ainsi déserté les plateaux depuis Le Goût des autres en 1999. Il dit à ce sujet : "L'écriture des scénarios m'occupe énormément et me permet d'être plus sélectif sur mes choix de comédien. Je suis moins anxieux, moins dans le manque. Mes critères de choix sont déterminés par deux éléments majeurs, la qualité du scénario et l'originalité du rôle. J'évite de répéter ce que j'ai pu faire précédemment."