Flores Raras é baseado no livro "Flores Raras e Banalíssimas", de Carmen L. Oliveira. A produtora Lucy Barreto adquiriu os direitos de adaptação para o cinema em 1995 e, nesta mesma época, convidou Glória Pires para interpretar Lota de Macedo Soares.
Durante muitos anos a produtora Lucy Barreto procurou um diretor para Flores Raras. Inicialmente ela o ofereceu ao filho, Bruno Barreto, mas ele não se interessou pela história. Depois foi a vez de Hector Babenco recusar o convite. Foi apenas em 2008, após sua ex-mulher Amy Irving atuar na peça teatral "Um Porto Seguro", de Elizabeth Bishop, que Bruno Barreto acreditou que poderia enfim realizar o filme.
A produtora Paula Barreto revelou que encontrou dificuldades em encontrar empresas dispostas a investir em Flores Raras, devido ao tema do filme. Com isso, as filmagens aconteceram em 2012 sem que o orçamento final, de R$ 13 milhões, tivesse sido obtido.
Antes da definição por Flores Raras, o longa-metragem teve os títulos provisórios A Arte de Amar e Você Nunca Disse Eu Te Amo.
Inicialmente o diretor Bruno Barreto queria que Emily Watson fosse a intérprete de Elizabeth Bishop. Ele chegou a entrar em contato com a atriz, mas ela não pôde aceitar o papel porque as filmagens precisavam começar em um mês e meio, devido ao compromisso de Glória Pires com a novela Guerra dos Sexos. Com isso, Miranda Otto surgiu como opção.
Foi a primeira vez que a atriz australiana Miranda Otto participou de um filme brasileiro.
Ao todo foram 53 dias de filmagens.
Na vida real, Lota de Macedo Soares e Elizabeth Soares se conheceram oito anos antes dos eventos mostrados em Flores Raras, quando a arquiteta brasileira esteve em Nova York.
O filme é dedicado a Rafael de Almeida Magalhães, secretário de obtas e vice-governador de Carlos Lacerda.
Foi selecionado para ser o filme de abertura do Festival de Gramado 2013.
Miranda Otto veio ao Brasil para divulgar Flores Raras na época de seu lançamento no circuito nacional.