"Bad Romance" được sáng tác bởi Lady Gaga và RedOne sáng tác, đồng thời là người sản xuất nên ca khúc. Ca khúc là một bài hát thể loại dance-pop với những ảnh hưởng từ nhạc house, New Wave và techno.[16][18] Bài hát được thu âm trong phòng thu Record Plant Studios tại Los Angeles và FC Walvisch Recording Media Studios tại Amsterdam.[19] Theo Gil Kauffman từ MTV, "Bad Romance" có tốc độ nhạc tương tự với đĩa đơn trước đó của Gaga là "Poker Face".[11] Bài hát mở đầu với một đoạn nhỏ của phần điệp khúc, sau đó Gaga hát chuyển đến đoạn hook "Rah-rah-ah-ah-ah, Roma-roma-mah, Gaga-ooh-la-la". Ca khúc có nhiều nhịp trống và tiếng bàn phím.[11] Tiếp đến nữa sẽ đến đoạn giang tấu, Gaga hát câu "You know that I want you, And you know that I need you, I want your bad, your bad romance". Điệp khúc đầy đủ của Bad Romance là "I want your love, And I want your revenge, You and me could write a bad romance [...] Caught in a bad romance".[11] Trong khúc giang tấu trên, thay vì hát tiếng Anh, Gaga đã thay thế lời ca khúc bằng tiếng Pháp: "Je veux ton amour, Et je veux ta revanche, Je veux ton amour".[1]

Trên trang web About.com, Bill Lamb viết rằng bài hát rất phù hợp để phát trên một buổi trình diễn thời trang trên sàn catwalk.[3] Sal Cinquemani của tạp chí Slant Magazine nói rằng ca khúc bao gồm những tiếng synth của thể loại nhạc New Wave và đoạn hook liên tục không dứt.[18] Simon Price từ The Independent cảm thấy rằng đoạn điệp khúc lại chịu ảnh hưởng chất nhạc của Boney M trong khi Kitty Price của The Guardian viết rằng "Bad Romance" hồi tưởng đến âm nhạc của Depeche Mode vào năm 1986 với album Black Celebration..[20][21] Theo bản nhạc xuất bản tại Musicnotes.com bởi "Sony/ATV Music Publishing", bài hát có nhịp điệu vừa phải với tốc độ khoảng 119 nhịp một phút. Ca khúc được viết với giọng A thứ, giọng của Lady Gaga kéo dài trong quãng từ nốt thấp E3 đến nốt cao A5. Hợp âm của Bad Romance theo thứ tự là Am–C–F–C–G trong các đoạn hát và F–G–Am–C–F–G–E–Am ở phần điệp khúc.[22]

Lời bài hát đề cập đến một mối quan hệ buồn nhưng vẫn nói một chút đến thời trang trong câu "Walk, walk fashion baby, Work it move that bitch crazy."[1][23] Trong một cuộc phỏng vấn, Gaga nói rằng cô đã thêm tựa đề trong những bộ phim của Alfred Hitchcock vào đoạn hát: "I want your psycho, your vertigo stick, Want you in my rear window, Baby when you're sick". Cô cho biết thêm: "Những gì tôi cố gắng truyền tải đến người hâm mộ chính là tôi muốn những điều sâu thẳm nhất, đen tối nhất và bệnh hoạn nhất trong con người các bạn mà chính các bạn sợ phải chia sẻ với bất cứ ai bởi vì tôi yêu các bạn rất nhiều."[24]