Apesar de Alfred Hitchcock gostar dos atores, ele não achava que Gregory Peck, Alida Valli e Louis Jourdan combinavam com os papéis. David O. Selznick usou seu poder de chefe do estúdio para persuadir Hitchcock a mantê-los no elenco.
Uma réplica exata do tribunal Old Bailey, que custou $400,000, foi constuída para as cenas do julgamento.
Alfred Hitchcock queria escalar Laurence Olivier ou Ronald Colman para o papel de Anthony Keane, e Greta Garbo como Mrs. Paradine e Robert Newton como William Marsh, personagem que ficou com André Latour.
Alfred Hitchcock queria escalar Ingrid Bergman como a mulher que vai para o julgamento por ter matado o marido - o papel que acabou ficando com Alida Valli. Mas Bergman não quis participar de outro filme com o produtor David O. Selznick.
Apesar de "Agonia de Amor" ter sido um fracasso de bilheteria, muitos críticos elogiaram as atuações de Ann Todd e Joan Tetzel. A Time Magazine afirmou que "os únicos personagens que realmente ganharam vida são a esposa do advogado (Ann Todd) e sua confidente (Joan Tetzel)." A Variety afirmou que "Ann Todd brilha como sua esposa, executando o papel com uma graça e compreensão que ativam as emoções".
Uma imagem memorável em "Agonia de Amor" é quando a Sra. Paradine é retirada de sua vida de luxo e confinada em uma cela de cadeia. O barulho da porta de ferro batendo atrás dela enquanto ela entra na cela remonta à uma memória do próprio Alfred Hitchcock, de quando ele foi preso na cadeia de Leytonstone quando tinha apenas seis ano de idade.
De acordo com François Truffaut, o diretor Stanley Kramer pode ter assistido a Agonia de Amor antes de filmar Julgamento em Nuremberg (1961). Truffaut notou algumas similaridades entre os dois filmes em uma entrevista de áudio concedida por Alfred Hitchcock.