L'idée du film vient d'un sketch que Steve Carell avait créé au sein de la troupe d'improvisation The Second City, mettant en scène un homme de 40 ans cachant un grand secret ; il a testé plusieurs versions du sketch avant d'en tirer le scénario avec Judd Apatow.

Judd Apatow a eu l'idée de faire un film avec Steve Carell après avoir vu sa performance dans Anchorman (2004), et lui a ensuite demandé s'il avait des idées de films, ce qui a mené à l'écriture conjointe de The 40-Year-Old Virgin.

Le personnage de Paula, incarné par Jane Lynch, devait à l'origine être un homme : c'est Nancy Walls qui a suggéré à Apatow de faire auditionner Lynch pour ce rôle de manager, et il a réécrit le personnage après son audition.

Kevin Hart avait auditionné pour le rôle de Jay, mais Apatow ne l'a pas trouvé assez crédible en séducteur ; il a finalement été casté comme simple client du magasin, tandis que Romany Malco a obtenu le rôle de Jay, initialement conçu comme un jeune homme de fraternité 'preppy' avant d'être retravaillé en dragueur 'streetwise'.

Julie Bowen a refusé un rôle dans le film, une décision qu'elle regrettera par la suite.

La scène d'épilation du torse de Steve Carell a été tournée en une seule prise avec cinq caméras, l'acteur ayant insisté pour subir une véritable épilation à la cire plutôt qu'un effet spécial afin que la réaction soit authentique ; la scène a duré trois à quatre heures et Romany Malco a dû fuir le plateau, pris de malaise en la regardant.

Pendant la scène d'épilation, Steve Carell a lâché le nom de Kelly Clarkson, une improvisation suggérée par Seth Rogen qui préparait une liste de blagues 'propres' et 'sales' pour la scène ; la chanteuse a confié en 2021 que c'était probablement la chose pour laquelle les gens la connaissaient le plus.

Universal Pictures a interrompu la production après la première semaine de tournage, craignant que l'apparence physique du personnage d'Andy évoque un tueur en série et que les premières images ne soient pas assez drôles ; le studio critiquait aussi le poids de Paul Rudd et la manière dont Apatow traitait le projet comme un film indépendant.

Romany Malco a supplié Apatow de couper ses scènes du film, craignant la réaction de sa mère, pasteure ordonnée ; Apatow a refusé, et la mère de Malco a finalement emmené toutes ses amies de l'église voir le film, plusieurs fois.

Judd Apatow a eu du mal à trouver la fin du film jusqu'à ce que Garry Shandling lui suggère de montrer qu'Andy avait une vie sexuelle épanouie parce qu'il était amoureux, ce qui a donné l'idée de remplacer une scène de sexe explicite par une comédie musicale finale.

Une grande partie des dialogues du film a été improvisée ; selon Catherine Keener, Apatow ne disait presque jamais 'coupez' mais plutôt 'rechargez' à cause de la longueur des prises, et les acteurs devaient perdre toute retenue pour proposer des blagues sur le moment.

En raison de la mort accidentelle de poissons utilisés durant le tournage, l'American Humane Association a refusé d'accorder au film son disclaimer habituel certifiant qu'aucun animal n'avait été blessé.

La version non censurée sortie en DVD dure 133 minutes, soit 17 minutes de plus que la version cinéma, avec des scènes supplémentaires de nudité et des dialogues remaniés, notamment lors de la scène de rapprochement entre David et Bernadette.