Pour L'Amour à mort, Alain Resnais s'est entouré de techniciens avec qui il avait déjà collaboré. Le scénariste Jean Gruault qui a commencé sa carrière avec Jacques Rivette et François Truffaut collabore au début des années 80 à Mon oncle d'Amérique et La Vie est un roman. Sacha Vierny a signé les photographies de Nuit et brouillard, Hiroshima mon amour, L'Année dernière à Marienbad, Muriel ou le Temps d'un retour, La Guerre est finie, Stavisky et Mon Oncle d'Amérique. Il a également travaillé avec Luis Buñuel et Peter Greenaway.
Hans Werner Henze avait déjà composé la musique de Muriel. Quant aux monteurs Jean-Pierre Besnard et Albert Jurgenson, ils ont également travaillé à plusieurs des films du cinéaste dont le précédent, La Vie est un roman.
Comme à son habitude, Alain Resnais a tourné chacune des séquences de L'amour à mort dans sa continuité. Ce processus lui permet de garder une cetaine place pour l'improvisation jusqu'au dernier moment.
Le tournage de La Vie est un roman, son précédent film, s'est si bien passé qu'Alain Resnais a voulu conserver ses quatre comédiens principaux pour son projet suivant. On retrouve ainsi Sabine Azéma, Pierre Arditi, Fanny Ardant et André Dussollier au générique de L'Amour à mort. Le second tenait également un rôle dans Providence. La collaboration des quatre comédiens et du cinéaste se poursuit ensuite sur Mélo. Sabine Azéma et Pierre Arditi sont les uniques acteurs du diptyque Smoking/No Smoking (1993). Les deux comédiens retrouvent à nouveau André Dussolier et Alain Resnais en 1997 pour On connaît la chanson.
L'Amour à mort est le troisième film d'Alain Resnais tourné en cinémascope après Le Chant du Styrène et L'Année dernière à Marienbad. Le cinéaste a privilégié ce format pour pouvoir filmer les visages de ses acteurs sans tomber dans le portrait, en les inscrivant dans l'espace du film.
L'Amour à mort a été tourné entièrement en décor naturel dans les alentours d'Uzès dans le Gard. Toute la salle du presbytère est en réalité une maison réaménagée.
En tournant L'Amour à mort, Alain Resnais avait pour projet de rendre toute sa place à la musique. Elle est considérée par le cinéaste comme "le cinquième personnage" du film. L'Amour à mort est donc composé d'une alternance de plages de voix et de musique. Quand le cinéaste souhaite mettre en avant des morceaux, il supprime tous les sons naturels qui pourraient entraver l'écoute. Une des principales innovations du film provient du choix d'intégrer dans le déroulement de l'intrigue 52 plages musicales non figuratives de quelques secondes composées par Hans Werner Henze. Elles doivent permettre au spectateur d'imaginer "ce que ne diraient ni le dialogue, ni les gestes des personnages, ni les images."
Alain Resnais a d'ailleurs fait écouter beaucoup de musique aux comédiens pendant les répétitions et le tournage afin qu'ils s'en imprègnent dans leur compositions. En 1997, avec On connaît la chanson, c'est cette fois-ci à la variété française que le cinéaste a choisi de rendre hommage.
Alors qu'il présentait son film au Festival de Venise en 1984, Alain Resnais a explicité le titre de son nouveau film ainsi : "L'amour jusqu'à la mort; l'amour est plus fort que la mort ou l'amour est si fort qu'il peut seul conduire à la mort."
L'Amour à mort a reçu cinq nominations aux Césars en 1985 dans les catégories meilleurs son, musique, photographie, réalisation et film sans remporter aucune récompense.