La Femme de Gilles est présenté au Festival de Venise 2004, dans la section Orizzonti.
La Femme de Gilles est adapté du roman homonyme de Madeleine Bourdouxhe publié en 1937. C'est en arrivant à la moitié de la lecture du livre, à la scène de la guinguette, que Frédéric Fonteyne a ressenti le besoin de le porter à l'écran.
Le cinéaste se souvient de sa confrontation à l'ouvrage : "J'avaisentendu parler de ce livre par des amis, notamment Virginie Saint-Martin, ma chef opératrice. L'envie d'adapter "La Femme de Gilles" a pour point de départ une question existentielle et une question de cinéma".
En vue d'adapter le roman de Madeleine Bourdouxhe au cinéma, Frédéric Fonteyne opta pour ne pas utiliser de flash-backs, alors qu'ils existent dans le roman, et de ne pas mettre de voixoff.
Le cinéaste explique sa démarche : "Je voulais que le spectateur suive pas à pas ce qui arrive à Élisa, qu'il perçoive tout du point de vue d'Élisa. J'ai rencontré la fille de Madeleine Bourdouxhe, qui détient les droits du roman, pour lui expliquer mon approche. Et Patrick Quinet, mon producteur, m'a donné les moyens d'aller au bout de mon parti pris. C'était aussi une réaction par rapport à Une liaison pornographique, où il y avait eu abondance de paroles. Je me suis dit que suivre le mouvement intérieur d'un personnage sans avoir recours aux mots serait un formidable défi. J'ai eu envie d'essayer avec La Femme de Gilles."
C'est à partir de notes prises au cours de la lecture du roman que Frédéric Fonteyne écrivit plusieurs versions du scénario avec Marion Hänsel. Se retrouvant à un moment dans une impasse, il fit appel au scénariste Philippe Blasband, qui avait un certain recul par rapport à l'histoire. Ce dernier est arrivé avec deux - trois idées qui ontdébloqué la situation.
Concernant le travail de la lumière et les clairs-obscurs présents dans le film, Frédéric Fonteyne s'est inspiré des tableaux de Vermeer et de peintures sacrées.
Frédéric Fonteyne explique comment lui est venu le choix de Clovis Cornillac et de Laura Smet pour les rôles de Gilles et Victorine : "Il y a quinze ans, à la sortie de l'école de cinéma, une fille m'avait parlé de Clovis Cornillac. Elle le trouvait si beau... Cette anecdote m'est revenue et je me suis dit qu'il pourrait être Gilles. Laura Smet, c'est le directeur de casting qui me l'a suggérée. Elle sortait des Corps impatients et quand je l'ai rencontrée, j'ai senti que ce n'était plus la jeune fille que j'avais croisée sur le tournage d'Une liaison pornographique mais une jeune femme en vrai désir de cinéma, malgré ses doutes. Je trouvais aussi qu'elle aurait pu être la petite soeur d'Emmanuelle Devos."