Grande tự tạo nên sự chú ý trên mạng trong những tuần sắp phát hành đĩa đơn của mình thông qua các trang mạng xếp hạng. Đầu tiên, cô phát hành những hình ảnh quảng bá từ loạt ảnh chụp cho đĩa đơn trong suốt tháng 3 năm 2014.[21] Ngày 10 tháng 4 năm 2014, Grande nhờ người hâm mộ chọn giữa hai hình ảnh có khả năng được sử dụng làm ảnh bìa chính thức cho đĩa đơn.[22] Cô tiết lộ ảnh bìa chiến thắng thông qua tài khoản Instagram của cô ngay ngày hôm sau cùng với hashtag #10daystilproblem và tiết lộ người hợp tác trong bài hát lần này là Iggy Azalea.[23][24][25] Bức ảnh chiến thắng là tấm chụp Grande khi đang ngồi tựa vào một chiếc ghế xếp, mặc một chiếc camisole màu đen, cùng với một đôi tất trắng dài và một đôi giày cao gót đế kim loại. Trong tấm ảnh, Grande đang vuốt tóc trong khi đang nhìn trực diện vào máy quay.[26] Sau khi trình diễn lần đầu ca khúc này tại Radio Disney Music Awards, ca khúc được phát hành vào nửa đêm tại iTunes ngày 28 tháng 4 năm 2014.[27] Đĩa đơn được chọn để đặt mua trước vào ngày 21 tháng 3 năm 2014.[28] Ba tiếng đồng hồ sau khi phát hành, "Problem" đạt vị trí đầu bảng tại bảng xếp hạng đĩa đơn của iTunes ở hơn 30 quốc gia.[29][30] Đĩa đơn này được ra mắt lần đầu trên các đài phát thanh khắp thế giới nhờ vào On Air with Ryan Seacrest ngày 28 tháng 4 năm 2014.[31] Một bản phối lại cho ca khúc này được phát hành ngày 16 tháng 5 năm 2014 với tựa đề "Young California Remix" và có sự xuất hiện thêm phần rap của rapper người Mỹ Problem.[32][33]