Bertrand Blier a d'abord écrit Les Valseuses comme un roman, publié en 1972 chez Robert Laffont, où il s'était isolé à Saint-Gervais pour l'écrire après l'échec de son premier film Si j'étais un espion. Le succès en librairie lui a permis de signer, une semaine après la parution, un contrat pour l'adapter au cinéma.
Avant même l'écriture du roman, Henri-Georges Clouzot avait fait appeler des scénaristes parisiens pour son dernier film ; Blier lui a raconté son histoire, mais Clouzot s'est montré sceptique en affirmant que « les jeunes d'aujourd'hui ne sont pas comme ça ».
Georges Lautner, pour lequel Blier avait écrit le scénario de Laisse aller... c'est une valse, s'était proposé de monter tout de suite le projet des Valseuses, mais Blier préférait le garder pour lui et l'écrire seul.
Bertrand Blier a repéré Miou-Miou sur le tournage du film Quelques messieurs trop tranquilles et l'a trouvée immédiatement parfaite pour incarner Marie-Ange.
Blier voulait initialement un duo à la Laurel et Hardy avec un grand et un petit ; il jugeait Gérard Depardieu trop 'brute' pour le rôle de Jean-Claude, mais l'acteur est venu tous les jours au bureau du producteur pour le convaincre jusqu'à obtenir le rôle.
Pour le rôle de Pierrot, Blier a auditionné Coluche et Patrick Dewaere, allant même jusqu'à filmer une scène avec Coluche, Depardieu et Miou-Miou, avant de finalement choisir Dewaere ; c'est ce dernier qui a proposé de se placer derrière l'épaule de Depardieu pour paraître plus petit à l'écran.
Jeanne Moreau a d'abord refusé le rôle de Jeanne Pirolle après avoir lu le roman, avant d'accepter après lecture du scénario ; sa présence au générique a permis de rassurer les investisseurs du film.
Brigitte Fossey a accepté son rôle sans hésiter en trouvant le scénario excellent, malgré les mises en garde de son agent et la désapprobation durable de son père après la sortie du film.
Isabelle Huppert, Thierry Lhermitte et Gérard Jugnot apparaissent dans de petits rôles ou en tant que figurants, plusieurs années avant de devenir des valeurs sûres du cinéma français.
Le tournage, qui s'est déroulé du 16 août au 8 octobre 1973 dans plusieurs régions françaises (Drôme, Rouen, Le Touquet, Calvados, Hautes-Alpes...), a connu un retard de deux semaines à cause du comportement incontrôlable et 'déconneur' de Depardieu et Dewaere, au point que la production a menacé d'arrêter le film.
La scène où Brigitte Fossey se fait téter les seins par Patrick Dewaere a nécessité trois jours de tournage tant les fous rires entre les acteurs, notamment Depardieu et Dewaere qui improvisaient sans cesse, perturbaient le sérieux de l'équipe.
Avant le début du tournage, Patrick Dewaere et Miou-Miou ont pris soin de prévenir Bertrand Blier qu'ils étaient en couple à la ville.
Dans le montage original, fidèle au roman, le film se terminait de façon tragique avec la mort des trois personnages dans un accident de voiture ; c'est un distributeur américain, séduit par le film mais réclamant une fin plus heureuse pour le marché américain, qui a poussé Blier à adopter la fin ouverte et paisible désormais connue mondialement, les copies définitives n'ayant pas encore été tirées.
Bertrand Blier a confié avoir été déçu de sa collaboration avec le musicien Stéphane Grappelli pour la bande originale, une expérience qu'il oppose à son travail ultérieur bien plus satisfaisant avec Georges Delerue sur le film Calmos.
Le film a été interdit aux moins de 18 ans à sa sortie et la commission de censure a obligé l'affichiste René Ferracci à ajouter un pan de robe sur l'affiche pour recouvrir les fesses de Miou-Miou.
Malgré des critiques françaises très virulentes à sa sortie (un critique le qualifiant même de 'film authentiquement nazi'), Les Valseuses a rassemblé plus de 5,7 millions d'entrées en France au total avec ses reprises, devenant le troisième plus grand succès de l'année 1974 derrière Emmanuelle et Robin des Bois.
Sergio Leone avait voulu réunir le même trio d'acteurs pour son western Un génie, deux associés, une cloche (1975), mais seule Miou-Miou a finalement participé au film.
En 2019, John Turturro a réalisé The Jesus Rolls, un remake américain des Valseuses également conçu comme un spin-off de The Big Lebowski, avec notamment Audrey Tautou, Susan Sarandon et Christopher Walken.
