En El sanatorio de la Provenza aparecen una serie de personajes reales que existieron en el lugar y el tiempo que señala la narración: el prefecto Cabasset, el cochero Poulet, el director doctor Peyron, la madre Épiphane, el capellán Tamisier y, por supuesto, el pintor holandés Vincent van Gogh, así como el pastor de Arles que le acompaña hasta Saint-Rémy. Todas las frases pronunciadas por Van Gogh en el texto están basadas en pensamientos del pintor entresacados de las cartas que envió a su hermano Théo desde el sanatorio de Saint Paul de Mausole durante su ingreso, desde el 8 de mayo de 1889 hasta el 16 de mayo de 1890. También es real su intento de autoenvenenamiento en las circunstancias que recoge la novela. El resto de los personajes y la totalidad de la trama son pura ficción, inspirados en un viaje a la Provenza en el que, casi por casualidad y en el último momento, visité el sanatorio de Saint Paul en Saint-Rémy.