Skala głosu Aguilery kilkukrotnie się zmienia: z wykrzyczanego w intro E6 na D3, Bb4 i D5 w dalszych fragmentach utworu. Zwrotki utworu śpiewane są w stonowanym, flirtującym tonie. Piosenkę nagrywano w pierwszym kwartale 2010 roku w trzech różnych kalifornijskich studiach: No Escuses w Los Angeles, Larrabee Sound Studio w Hollywood oraz The Red Lips Room, osobistym studio Aguilery w jej posiadłości w Beverly Hills. Autorami kompozycji są producent muzyczna i wokalistka Ester Dean oraz producenci Polow da Don, Greg Curtis i Jason Perry. „Not Myself Tonight” jest jednym z zaledwie dwóch utworów z albumu Bionic, w pracach nad którymi nie brała udziału Christina Aguilera. Wokalistka podkreśliła, że zdecydowała się na nagranie nieswojego materiału, ponieważ doszła do wniosku, że treść piosenki ją odzwierciedla i do niej pasuje. Polow da Don powiedział w wywiadzie dla magazynu Billboard:
thumb|right|190px|Współautorka utworu Ester Dean. Dziennikarze witryny digitalspy.com sugerowali, że utwór miał w ogóle nie pojawić się na albumie Bionic, a za ostateczną decyzją jego umieszczenia na płycie stali zarządcy wytwórni RCA Records, nie Aguilera.Kheraj, Alim (2016-10-08). "The surprising stories behind 6 of Christina Aguilera's biggest hits". digitalspy.com.