Eros a été présenté en 2004 en Sélection Officielle au Festival de Venise, ainsi qu'à celui de Toronto.
C'est Stéphane Tchalgadjieff qui est à l'origine de ce projet, pour lequel il s'est associé avec des producteurs français et italiens. "Le concept était de réunir deux des plus grands réalisateurs de la génération actuelle, ayant reconnu en public que Michelangelo Antonioni avait été une grande source d'inspiration pour leur propres oeuvres. Chacun d'entre eux réaliserait une partie du sujet érotique de leur choix. En étant libre de faire tout ce qu'ils voulaient. De plus, nous voulions que Michelangelo Antonioni nous dise ce que Eros était pour lui". Le maestro accepte très rapidement la proposition. Après avoir discuté des cinéastes potentiels, ils arrêtent leur choix sur Wong Kar Waï et Steven Soderbergh. A propos de ce dernier, Tchalgadjieff note : "Nous savions qu'un des films-clefs de Soderbergh, c'est Le Désert rouge. Dans son bureau, il y a une grande affiche du film (...) et une autre pièce est remplie de photogrammes qu'[il] a mises en scène dans de très belles compositions !"
Initialement, Pedro Almodovar devait réaliser un des sketchs, mais le cinéaste espagnol avait alors préféré se consacrer au tournage de La Mauvaise éducation. Il a alors été remplacé par Steven Soderbergh.
Les trois récits mis en image dans Eros sont tirés de Ce bowling sur le Tibre, un recueil publié par Michelangelo Antonioni, et dont avait déjà été tiré le scénario de Par-delà les nuages, le long-métrage co-réalisé par le cinéaste italien et Wim Wenders en 1995. Le film réalisé par Steven Soderbergh se termine sur une référence à Deux télégrammes, un synopsis inédit, qu'on peut également lire dans Ce bowling sur le Tibre.
Wong Kar Waï a tourné son segment, La Main, durant la production, longue et chaotique, de 2046 (un film qui a demandé cinq années de travail, de 2000 à 2005...). Il n'en reste pas moins que les délais de tournage pour La Main ont été eux-mêmes dépassés, à cause de l'épidémie de SRAS qui paralysa Shanghaï. "Nous avons dû annuler notre plan de tournage à Shangaï", se souvient le réalisateur. "Du coup, nous nous sommes repliés à Hong Kong et Macao où nous avons travaillé avec une équipe réduite, car plusieurs personnes ont quitté le pays. Nous avons tâché de tourner dans un laps de temps aussi resserré que possible. Pendant les deux derniers jours de tournage, nous avons tourné de manière ininterrompue pendant 48 heures d'affilée. Chaque journée de travail était précédée par un rituel : nous nous désinfections les mains et nous revêtions nos masques. Sur le conseil des médecins, nous évitions tout contact physique avec autrui. C'est cette situation qui m'a donné envie de faire un film sur le toucher."
Les deux héros du court métrage de Wong Kar Waï, Chang Chen et Gong Li, jouaient tous deux dans un autre film du réalisateur de Hong Kong : 2046. Le comédien, également dirigé par Wong Kar Wai dans Happy Together et dans le clip de DJ Shadow Six days, a tourné un autre film à sketches, en trois parties, sur le thème de l'amour : il s'agit de Three times de Hou Hsiao Hsien avec Shu Qi, présenté à Cannes en 2005. L'un des trois segments de ce film se déroule d'ailleurs, comme La Main, dans les années 60.
Sachant que les deux autres réalisateurs seraient plus directs dans leur approche du sujet, Steven Soderbergh a choisi d'être plus elliptique : "J'aimais l'idée que Alan Arkin et Robert Downey Jr. jouent dans un film supposé "érotique"".
Chargés de réunir les trois segments d'Eros, les producteurs français, Raphael Berdugo et Jacques Bar, ont confié la conception des interludes à l'artiste italien Lorenzo Mattoti, et ce sur les conseils de Tonino Guerra, Mattoti ayant illustré un des recueils de poèmes du scénariste. Les trois interludes ont été dessinés dans trois styles différents, correpondant à chacun des trois épisodes.
Un des plus grands noms de la musique brésilienne, le chanteur/compositeur Caetano Veloso, qui est également connu des cinéphiles depuis son interprétation de "Cucurrucucú Paloma" dans Parle avec elle de Pedro Almodovar, figure au générique d'Eros : il est en effet l'auteur de la chanson, intitulée "Michelangelo", qui accompagne les interludes.