Grande gặp Azalea tại Lễ trao giải MTV Europe Music Awards vào năm 2013, nơi họ cùng nhau giới thiệu ở một hạng mục giải thưởng và sau đó đi chơi tại bữa tiệc của Katy Perry tại Amsterdam, nơi họ thổ lộ mong muốn hợp tác với nhau.[15] Ban đầu họ dự định cho Azalea xuất hiện trong album đầu tay của Grande vào tháng 9 năm 2013, tuy nhiên điều này bị hủy bỏ.[16] Khi Grande bắt đầu thực hiện bản "Problem", cô ấy nghĩ Azalea sẽ là một nửa hoàn hảo cho ca khúc này để tạo nên "một cặp song ca nữ quyền".[14][17] Azalea đồng ý xuất hiện trong bài hát này và tham gia cùng nhà sản xuất Max Martin để viết phần hát riêng cho cô trước khi thu nó cho ca khúc.[17] Big Sean, người có mặt trong đĩa đơn trước của Grande, "Right There" cũng xuất hiện trong ca khúc này như là một nghệ sĩ hát nền bằng giọng hát thì thầm trong đoạn điệp khúc của bài hát, cho dù anh không tham gia góp mặt làm khách mời trong ca khúc này.[18] Ban đầu khi thu âm các ca khúc cho album lần này, sau khi Grande thu "Problem", cô "mất cảm tình" với ca khúc này và không muốn cho ca khúc này xuất hiện trong album.[19] Tuy nhiên, ở khâu duyệt lại của album cùng với quản lý và hãng đĩa của mình, khi đến bài hát "Problem", Grande thốt lên "Tôi đang bị cái quái gì thế này? Khốn nạn thật!", khi nhận ra tình cảm của mình cho ca khúc này và quyết định giữ lại nó cho album.[19] Theo lời nhạc, bài hát này diễn tả "cảm xúc cực kì sợ hãi khi phải tiếp xúc lại với một mối quan hệ không đứng đắn -- nhưng bạn lại muốn nó hơn bất cứ thứ gì khác".[20]