Sau khi ra mắt dự án Âm thầm bên em, Sơn Tùng đã thắng giải Ca sĩ của năm tại Lễ trao giải thưởng Âm nhạc Cống hiến lần thứ 11.[3] Sau nửa năm im hơi lặng tiếng, Sơn Tùng M-TP đã nhiều lần nhắc về sự quay trở lại cũng như dự án mới của mình. Theo những chia sẻ tại đêm nhạc mừng sinh nhật của anh, dự án mới này sẽ mang lại cho người hâm mộ một hình ảnh hoàn toàn mới, độc đáo mà chính Sơn Tùng gọi là "một phong cách điên loạn": "Tùng đã suy nghĩ rất nhiều và hỏi ý kiến mọi người cho ca khúc mới. Anh Quang Huy bảo em cứ viết như đúng cảm xúc, con người của em. Ngày xưa mình sáng tác vô tư lắm, không phải suy nghĩ nhiều, mỗi khi có ý tưởng mới lại nhảy nhót trong phòng thu như một thằng điên".[4] Bài hát đã được anh sáng tác và thu âm trong hai tháng cũng như giành đến năm lần mới đạt mức hài lòng.[5][6]

Ngày 26 tháng 7 năm 2015, Sơn Tùng M-TP đã tổ chức một buổi họp báo để công bố dự án âm nhạc mới mang tên "Chúng ta không thuộc về nhau" của anh. Anh cùng giám đốc Quang Huy cùng đội ngũ của họ đã công bố đêm nhạc ra mắt bài hát tại Nhà Văn hóa Thanh Niên Thành phố Hồ Chí Minh cũng như ra mắt bản thu và video âm nhạc sau buổi diễn. Trong chương trình, anh chỉ sẽ trình diễn "Chúng ta không thuộc về nhau" cũng như phát 5,000 vé mời miễn phí tới khán giả. Dự án này được công bố đúng một năm kể từ khi Âm thầm bên em được ra mắt. "Ngày ấy, có rất nhiều nỗi lo lắng như chất lượng âm thanh, đường truyền mạng thế nào, Sơn Tùng M-TP hát live có ổn không. May mắn là mọi thứ diễn ra suôn sẻ. Chúng tôi tự hào là những người dẫn đầu xu hướng và hy vọng lần này cũng vậy", Quang Huy nói. Ngoài ra, Quang Huy cho rằng anh và công ty muốn mạnh dạn thực hiện "những lần đầu tiên" tại Việt Nam mà bản thân Sơn Tùng và các ca sĩ khác chưa từng thử. Trong khi đó, Sơn Tùng cho rằng đêm nhạc là cách anh "thể hiện sự trân trọng [của mình] đến khán giả", cùng việc chắc chắn về chất lượng âm thanh "chỉn chu nhất" và một sân khấu "dàn dựng chuyên nghiệp."[5] Anh chia sẻ rằng đây là ca khúc khiến anh tốn khá nhiều thời gian và tâm huyết.[7] Anh cũng tiết lộ rằng, anh cũng đã phải tranh cãi với quản lý Quang Huy về việc giữa nguyên tựa đề của bài hát và "mong muốn tìm kiếm sự mới mẻ, đột phá trong âm nhạc để không phụ lòng mong mỏi của khán giả."[6]

Chiều ngày hôm 26 tháng 7 năm 2015, một trailer 30 giây về ca khúc mới đã được Sơn Tùng M-TP trình làng. Đồng thời đó cũng là Teaser có lượt views cao nhất tại Việt Nam vào thời điểm đó.[8]