Adaptação do romance The Price of Salt, escrito por Patricia Highsmith sob o pseudônimo de Claire Morgan. Em 1990, a obra foi republicada com o título "Carol".
O longa também é a segunda adaptação de um livro da autora estrelado por Cate Blanchett. O primeiro foi O Talentoso Ripley (1999).
A chefe da produtora Film4, Tessa Ross, relatou ter lutado por onze anos para produzir o filme.
O olhar cinematográfico foi inspirado pela fotografia de Vivian Maier e Saul Leiter.
Foi oferecido o papel de Therese para Rooney Mara, logo após a atriz completar Millennium - Os Homens Que Não Amavam as Mulheres (2011), porém ela recusou devido ao cansaço. Mia Wasikowska foi então escalada, mas logo deixou o projeto a fim de fazer A Colina Escarlate (2015). Mara veio a bordo novamente quando Todd Haynes assinou contrato para dirigir, em 2013.
Cate Blanchett e Rooney Mara disseram ter uma grande química no set e filmar a cena de amor foi relativamente fácil. Blanchett deu crédito ao diretor Todd Haynes por fazer ela e Mara se sentirem confortáveis: "havia muita confiança entre Rooney e Todd e Todd e eu. Ele foi muito claro sobre como queria nos fotografar e quais partes ele usaria, para que todos nos sentíssemos muito seguros."
De acordo com Patricia Highsmith, o romance foi inspirado em um encontro casual que teve com uma mulher loira em um casaco de pele, onde a viu dentro de uma loja de departamentos, em Nova York, pouco antes do Natal de 1948, enquanto trabalhava como balconista temporária vendendo bonecas. Ela completou o esboço em duas horas naquela noite, provavelmente sob a influência da catapora que descobriu ter no dia seguinte, dizendo que "a febre está estimulando a imaginação". Ela completou o romance em 1951.
Phyllis Nagy escreveu o primeiro rascunho do roteiro em 1996.
As referências cinematográficas de Todd Haynes sobre a década de 1950, baseiam-se no trabalho de Ruth Orkin e Morris Engel, especialmente o filme Lovers and Lollipops (1956).
A campanha para que Rooney Mara concorra como Melhor Atriz na temporada de prêmios 2016 causou uma polêmica significativa, devido à decisão do estúdio em colocá-la na disputa como atriz coadjuvante. Na verdade, após ter sido nomeada na categoria, ela quebrou oficialmente o recorde de maior desempenho de uma atriz coadjuvante a aparecer mais tempo na tela (71 minutos). A recordista anterior era Tatum O'Neal em Lua de Papel (1973) com 66 minutos. Cate Blanchett, que foi nomeada na categoria principal, tem 6 minutos a menos que Rooney, somando 65 minutos.
Carol foi aplaudido de pé após sua exibição no Festival de Cannes.
Com cinco nomeações, Carol recebeu o maior número de indicações no Globo de Ouro 2016.
Phyllis Nagy era amigo de Patricia Highsmith.
Kate Winslet foi considerada para interpretar a personagem-título.
Embora Cate Blanchett e Rooney Mara não fossem obrigadas a estar do outro lado da linha sempre que falassem ao telefone, elas disseram que isso as ajudaria. Assim, sempre que Carol e Therese se falam, Cate e Rooney estão literalmente falando uma com a outra por meio do aparelho.
Esta é a segunda colaboração de Todd Haynes com Cate Blanchett, e a terceira de Haynes com a figurinista Sandy Powell.
Rooney Mara é uma grande fã de Cate Blanchett desde os 13 anos de idade, e descreveu a experiência de trabalhar com a atriz como "maior que um sonho realizado."
John Crowley esteve cotado para direção, quando o filme foi anunciado em 2012.
Em toda sua carreira, Phyllis Nagy escreveu dois filmes. Ambos os títulos consistem de nomes femininos.