Nhạc sĩ An Thuyên mất 10 năm để hoàn thành ca khúc này,[1] Năm 1988, Nhà hát Nhạc Vũ kịch mời ông viết vở nhạc kịch "Trương Chi" do nghệ sĩ Gia Hội đóng vai Trương Chi, NSƯT Thúy Hà đóng vai Mị Nương. Từ aria có tên "Aria Trương Chi" trong vở nhạc kịch này, An Thuyên đã tạo nên "Ca dao em và tôi".[2]

Trong vở kịch, khi trở về bến sông, Trương Chi thốt lên "Cắt nửa vầng trăng", đây cũng chính là câu đầu tiên của Aria Trương Chi mà ông đã viết. Đến năm 1997, An Thuyên đã phát triển hoàn thiện cũng như lược bớt đi các yếu tố kỹ thuật để "Ca dao em và tôi" giản dị và dễ hiểu hơn. An Thuyên đã dành ra 4 tiếng đồng hồ để biên soạn bài hát này bằng phần mềm Encore mà hầu như không phải chỉnh sửa. Sau khi hoàn thiện ca khúc, nhạc sĩ An Thuyên đã mời ca sĩ Thanh Hoa hát thử, sau đó bà mượn ca khúc về nghiên cứu; một tuần sau Thanh Hoa gọi điện lại, xin phép được công bố bài hát trên Truyền hình trước, sau đó trao bài hát cho ai là quyền của nhạc sĩ An Thuyên.[2]