Mr. Siro, người đã từng sáng tác ca khúc Người từng yêu anh rất sâu nặng (2015) cho Hương Tràm, tiếp tục viết lời và sản xuất "Em gái mưa".[2][3][4] Mr. Siro muốn sáng tác riêng "Em gái mưa" cho phù hợp với lứa tuổi của Hương Tràm, vì anh cho rằng "mọi người thường quên đi tuổi đời của cô" kể từ khi nữ ca sĩ khởi nghiệp năm 16 tuổi.[2] Tuy nhiên, theo lời kể của Hương Tràm, bài hát đã được sáng tác từ trước và Mr. Siro muốn tìm một giọng nữ phù hợp để trình bày ca khúc.[5] Anh nhấn mạnh với cô dự án là rất "quan trọng đối với sự nghiệp của anh"[5]; và cuối cùng, cả hai đã cùng hoàn tất "Em gái mưa" trong vòng hai tháng.[2]

"Em gái mưa" là một bản pop ballad mà Mr. Siro đánh giá là "phần hai" của "Lắng nghe nước mắt", đĩa đơn của anh phát hành vào năm 2012.[2][6] Lời hát ca khúc kể về cô gái có tình cảm với một chàng trai, nhưng anh chỉ xem cô như em gái.[7] "Mình hợp nhau đến như vậy, thế nhưng không phải là yêu. [...] Anh trót vô tình, thương em như là em gái..." được xem là một trong những phần lời nổi bật.[8] Mr. Siro phủ nhận ca từ mà anh viết được lấy cảm hứng dựa trên câu chuyện thật của Hương Tràm.[2] Anh cho rằng mình chưa từng sáng tác ca khúc nào dựa trên những câu chuyện cá nhân của người hát, vì sợ họ sẽ gặp trở ngại khi những trải nghiệm buồn được nhắc tới. "Cuộc sống riêng tư của mình lại rất viên mãn, thế cho nên chỉ có một cách để lấy cảm xúc [sáng tác], đó là cảm giác lo sợ mất đi hạnh phúc mình đang có," anh nói.[9]