Katy Perry falou pela primeira vez a respeito do álbum em maio de 2009 a Rolling Stone, onde disse que ele seria gravado a partir de setembro de 2009. De acordo com a cantora, o álbum iria "definitivamente continuar no pop" e que seria formado por músicas mais pessoais em relação ao seu primeiro álbum de música pop, One of the Boys. Ela ainda confessou temer seu segundo projeto, pois ele iria mostrar se ela "tem vocação para música ou não". Em novembro ela comentou sobre o processo de composição e início das gravações à Associated Press:

Em outubro de 2009, o vocalista do Weezer, Rivers Cuomo, disse à Buzznet que estava trabalhando com Katy Perry em composições para seu segundo álbum. O produtor Christopher "Tricky" Stewart, que produziu "Single Ladies (Put a Ring on It)" para Beyoncé e "Umbrella" para Rihanna, confirmou à Rap-Up em dezembro de 2009 que estava co-escrevendo e que iria produzir o álbum de Perry, mas sem alterar o estilo musical da cantora: "Estamos tentando escrever grandes canções, apenas fazendo realmente. É claro que temos interesses em criar músicas esmagadoras. […] É um estilo diferente para mim. É um projeto muito importante para mim, porque as pessoas estão esperando para ver o que eu vou fazer".

Lucasz "Dr. Luke" Gottwald e Max Martin, responsáveis por "I Kissed a Girl" e "Hot N Cold" de One of the Boys, ajudaram a compor e a produzir o álbum. "Trabalhar com Max Martin e Dr Luke foi uma colaboração maravilhosa. Eu trabalhei com eles no meu disco One of the Boys, e queria eles neste projeto. Dessa vez, não vão ser duas canções, teremos seis ou sete", disse Perry à Rolling Stone em janeiro de 2010. Ainda em janeiro, Dr. Luke disse à HitFix.com que a cantora havia criado um mixtape com músicas pop da década de 1990 para que ele tivesse noção do estilo musical que ela queria. Calvin Harris havia sido escolhido para produzir o álbum, mas, segundo a cantora durante sua chegada Nickelodeon Kids' Choice Awards 2010, "ele ficou muito famoso e não aconteceu". "Ela e eu estamos, atualmente, trocando mensagens de texto, mais ou menos nos últimos cinco meses de trabalho neste álbum, tentando por as coisas em dia. Eu tenho três canções incríveis que estão apenas começadas […] São essas ideias que quero finalizar com ela. Então, literalmente, nos próximos três dias, eu vou viajar com um microfone e coisas de estúdio, trocar e-mails com ela e espero conseguir colocar uma das músicas no disco, no último minuto", contou Ryan Tedder à MTV em abril de 2010.

O álbum foi gravado no estúdio da Capitol Records em Hollywood, Los Angeles na Califórnia entre 13 de janeiro e 31 de abril de 2010. Perry comentou ao HitFix.com como foi o processo de gravação e a organização das músicas do álbum: "Nós trabalhamos em Santa Barbara e Los Angeles. Eu contava a todo mundo que tinha muitas jóias, mas não tinha a coroa […] Quando finalmente encontrei a coroa, as jóias passaram a fazer sentido".

Basicamente, uma das maiores influências de Teenage Dream e da carreira de Katy Perry foram a banda Queen e a cantora Alanis Morissette. Ela também ressaltou que o estilo musical de seu segundo álbum seria como uma fusão de "Lovefool" do The Cardigans com "The Sign" do Ace of Base, "para fazer as pessoas sentirem vontade de darem as mãos para andar de patins". "Quando saí em turnê, senti que faltavam músicas para fazer as pessoas irem para cima e para baixo. Eu amo a sensação quando todos estão pulando juntos", disse a cantora à HitFix.com à respeito do novo estilo que iria produzir. O grupo ABBA e a canção de Madonna, "Into the Groove", também foram influências para o novo álbum. Perry ainda comentou sobre o estilo musical de seu álbum em entrevista à Revista Nylon, afirmando que as músicas não seriam "tão irritantes" em relação as anteriores, dizendo que gostaria de ser a nova Alanis Morissette no mercado musical em 2010. Durante o Nickelodeon Kids Choice Awards de 2010, Perry havia revelado que tinha sido fortamente influenciada pela música dos anos 1990 e Cyndi Lauper, apelidando seu trabalho de "prazer culposo". Segundo a cantora, suas novas músicas "exploram sua fé, convicção e admiração do mundo sobrenatural" e que "apesar de divertidas, elas têm conteúdo e não foram feitas apenas para festas".

A maioria das canções de Teenage Dream seguem o estilo musical disco music, com sintetizadores musicais retrôs e trechos auxiliados pelo alterador vocal, Auto-Tune. Enquanto isso, outras canções seguem um estilo pop-rock, com uso de sintetizadores que, consequentemente, deram às canções um ritmo musical de electro-rock. A cantora usou tema romântico na faixa-título do álbum, sendo que a Amos Barshad da New York Magazine disse que "se não fosse pelo poderoso refrão ('You!... make!... me!'), a canção seria, praticamente, uma balada romântica". Em "Last Friday Night (T.G.I.F)", a cantora fala sobre festas, bebidas e orgias, sendo comparada pela cantora como uma nova versão de "Waking Up in Vegas". Escrita como resposta à "Empire State of Mind" (que homenageia Nova Iorque), "California Gurls" é composto por sintetizadores com efeitos sonoros solares e faz ode às garotas e ao estilo de vida californiano, chamado por James Montgomery da MTV News como "canção-tema de praia". "Firework" foi inspirado no clássico livro de Jack Kerouac, On the Road, onde fala sobre como "ele queria estar próximo de pessoas que estavam zumbindo, efevercendo e fazendo as pessoas irem como fogos de artifício no céu". A canção segue um ritmo musical de house music mixado à violinos, mas destacou-se por sua letra ser inspiracional e motivadora. Chris Ryan da MTV Buzzworthy postou que Perry aparece na canção com "vocais inspiracionais de uma diva de house music". Considerada pela cantora como sua "You Oughta Know" de Alanis Morissette, em "Circle the Drain" Perry desabafa e faz críticas sobre o vício em remédios de seu ex-namorado e vocalista do Gym Class Heroes, Travis McCoy, ao som de electro-rock. Em "Who Am I Living For?", Katy Perry expressa sobre sua espiritualidade e fé, onde cita na música a personagem bíblica, Ester, como inspiração e exemplo. "Not Like the Movies" é uma canção tocada por piano e a única música que segue o estilo balada romântica de Teenage Dream; a canção trata de uma romance que, na realidade, nunca são iguais às histórias de amor das grandes produções cinematográficas. Devido à sonoridade musical, a MTV Buzzworthy comparou esta canção à "My Immortal" do Evanescence e "Everytime" de Britney Spears.

O título do segundo álbum foi revelado oficialmente por Katy Perry em maio de 2010, dias após o lançamento de "California Gurls". "Quis chamar o álbum de Teenage Dream porque tem uma música no disco com o mesmo nome que eu escrevi em Santa Barbara, e foi um momento muito puro para mim, porque é de onde eu sou", revelou a cantora à MTV News. O segundo álbum da cantora foi lançado em 24 de agosto nos Estados Unidos, nos formatos Compact Disc e download digital, distribuídos, respectivamente, pela Capitol Records e iTunes. Mundialmente, Teenage Dream foi lançado em 30 de agosto de 2010 pela e distribuído pela EMI Music Publishing Group, nos mesmos formatos. Comercializado a partir de 27 de agosto nos Estados Unidos, a versão-deluxe do álbum foi aromatizada com cheiro de algodão doce, apesar de não ser comestível. Além do CD padrão com doze faixas originais, a versão-deluxe é formada por um CD bônus chamado Dream On — constituído pelas canções "Starstrukk" do 3OH!3 e "If We Ever Meet Again" de Timbaland; além de remixes do Passion Pit e Armand Van Helden para "California Gurls" e de Kaskade para "Teenage Dream".

Na dedicatória, a cantora assinou como "Katy Hudson Perry Brand", dizendo:

As capas dos dois primeiros singles foram fotografadas por Emma Summerton em abril de 2010, sendo que outras três imagens fotografadas pela artista foram lançadas para promover o álbum, em julho. A capa oficial do álbum foi pintada em tela por Will Cotton e lançada em 21 de julho ao vivo via webstream, onde mostra Katy Perry nua deitada em nuvens de algodão doce. Para preservar a obra artística de Cotton, a cantora decidiu não inserir o título na capa. Como mostrado em um vídeo exclusivo lançado por Perry, Cotton também foi o responsável pelas fotografias da cantora no encarte do álbum.

Em entrevista à Entertainment Today, a cantora barbadiana e amiga de Katy Perry, Rihanna, disse que elas estão trabalhando em um dueto que pode estar no álbum Loud — previsto para novembro de 2010 — ou no relançamento de Teenage Dream. "Temos personalidades parecidas e um senso de humor similar. Nessa indústria há muita gente falsa, mas Katy é um espírito livre. Nós queremos entrar em estúdio e esperamos fazer algo para este álbum ou para o relançamento dela. Vamos fazer algo juntos, com certeza!", disse Rihanna.

Basicamente, Teenage Dream recebeu diversas críticas profissionais mistas, no qual o álbum sofreu perspectivas positivas e negativas ao mesmo tempo, resultando em uma média de 55% de aprovação, segundo o Metacritic.

"Há outras grandes canções pop […] Mas o primeiro hit esmagador de Katy Perry é uma canção de garotas adolescentes da Califórnia. A canção define o álbum, que é sobre as garotas californianas: suas esperanças, seus sonhos" comentou Rob Sheffield da Rolling Stone, fazendo uma crítica mista sobre o álbum. Gustavo Miller do Portal G1 também fez uma crítica mixada sobre o álbum, dizendo que ele "[…] pode ser dividido em dois: até a quinta música, Katy personifica o melhor do pop atual […] Nas próximas sete músicas, ela se perde, cai em lugares comuns e mostra um som tedioso — o mesmo já aconteceu no trabalho anterior. Katy é uma hitmaker, sem dúvida alguma, mais ainda lhe falta um trabalho consistente, que não dependa apenas de dois singles fortes. Afinal, ela agora é uma estrela pop". Stephen Thomas Erlewine da Allmusic deu ao álbum duas estrelas e meia de cinco.

Kitty Empire do The Guardian, disse que "[…] É doloroso relatar que o segundo álbum de Katy Perry é um produto pop intolerante, com tão pouco humor ou inteligência expressa tão fluentemente por seu guarda-roupa e escolha de namorado. O álbum faz você implorar por Gwen Stefani, que fez um pop digital com visual retrô dos anos 1950 muito melhor, ou a imagem e mensagem sexual de Kelis, cuja canção 'Milkshake' tinha a decência de divertir, assim como excitar". Na Slant Magazine, Matthew Cole publicou uma resenha negativa, comentando que "apenas duas ou três canções justificam a existência desse álbum".

Enquanto isso, Elysa Gardner da USA Today, elogiou "Pearl" e "Not Like the Movies", dizendo que "Por não ter medo de abrir seu coração, Perry sugere que ela tem muito mais a oferecer do que uma piscada de olho e chamar a atenção". Elysa Gardner também elogiou a cantora e disse que "Lady Gaga monopolizou o mercado por comparações com Madonna, atualmente, mas Teenage Dream constitui um forte motivo para que Katy Perry seja uma verdadeira e criativa descendente". Em uma crítica publicada na UOL, Mesfin Fekadu disse que "O novo disco de Katy Perry é como uma máquina mágica de caça-níqueis: escolha qualquer música e você ouvirá um hit. Teenage Dream, segundo lançamento da cantora, é um conjunto de 12 músicas de diversos sabores: formidáveis batidas dançantes, groove e baladas pop sutis e suaves — como o corpo nu de Perry na nuvem que estampa a capa do álbum […] Mas outra grande razão para a magia do disco de Perry é ela mesma. Ela é dona de um vozeirão e consegue cantar músicas pop mais picantes como Britney Spears e Ke$ha, cujos vocais são geralmente susurrados e fracos, desaparecendo ao fundo das batidas das músicas. A voz de Katy não só guia a batida como a desenvolve". Bill Lamb do About.com, escreveu que "[…] quer tenha gostado do álbum ou não, ele está destinado a ser um marco na música pop".

Nos Estados Unidos, o álbum vendeu aproximadamente 192.000 cópias em sua primeira semana, estreando na primeira posição da parada norte-americana de discos mais vendidos, Billboard 200. O álbum sucedeu a posição em que encontrava-se o álbum Recovery, do rapper Eminem. Na semana seguinte, acumulou 281.000 cópias vendidas no país. O álbum debutou na primeira posição da Billboard European Albums, assim como na parada britânica UK Albums Chart. Enquanto isso, o álbum teve um menor desempenho na Alemanha, onde foi classificado na sétima posição da Germany Albums. No Canadá, o álbum estreou na primeira posição da Billboard Canadian Albums. O disco também estreou no topo das paradas australianas, a ARIA Charts Top Albums, sendo certificado como disco de ouro naquele país logo na primeira semana. Logo após seu lançamento, o álbum também foi listado nas paradas de álbuns da Bélgica, Holanda e Suécia, respectivamente, na décima sétima, sexta e vigésima primeira posição. Mundialmente, o álbum vendeu 239 mil cópias em sua primeira semana, debutando na segunda posição do World Albuns Top 40.

"California Gurls", com Snoop Dogg, foi lançado em 7 de maio de 2010 como o primeiro single oficial de Teenage Dream. Com 294.000 downloads legais no iTunes em apenas uma semana, a canção tornou-se um enorme sucesso musical e foi eleito pela MTV como uma das "Músicas do Verão Americano de 2010". A canção ficou no pódium das paradas musicais da Austrália, Alemanha, Canadá, Brasil, Estados Unidos, Nova Zelândia e Reino Unido e superou a marca de 3 milhões de downloads legalizados em apenas 11 semanas no iTunes, dando à Katy Perry um recorde por ser a única cantora à vender esta quantidade de músicas em tão pouco tempo. Dirigido por Mathew Cullen, o videoclipe com Perry e Snoop Dogg estreou em 15 de junho de 2010 e mostra a cantora em um mundo ficcional, chamado Candyfornia. A canção venceu nas categorias "Melhor Single" e "Música do Verão" no Teen Choice Awards 2010 e foi indicado como "Melhor Clipe Feminino" e "Melhor Clipe Pop" no MTV Video Music Awards de 2010. A canção também está indicada aos prêmios de "Melhor Música" e "Melhor Clipe" no MTV Europe Music Awards 2010.

A faixa-título, "Teenage Dream", foi lançada como segundo single do álbum em 22 de julho no iTunes. Em apenas três dias após seu lançamento, a canção foi adicionada à programação de 87 rádios estadunidenses, dando à cantora um recorde por "Inserções nas Rádios". O single conseguiu o primeiro lugar na RIANZ Singles Chart e Billboard Hot 100, além de estar listado nas paradas musicais da Austrália, Canadá e Suécia. O videoclipe foi dirigido por Yoann Lemoine e lançado em 10 de agosto de 2010, onde a cantora interpreta a vida de adolescentes e aparece em cenas sensuais com o ator Josh Kloss. Na Austrália, a canção foi classificada como "Disco de Platina".

"Firework" será promovido como terceiro single oficial do álbum a partir de outubro de 2010. O videoclipe de "Firework" foi produzido a partir de 28 de setembro de 2010 com o patrocínio das companhias telefônicas européias, T-Mobile e Deutsche Telekom, que promoveram um concurso para selecionar alguns fãs da cantora que apareceram no vídeo. Apesar de não detalhar muito sobre ele, o videoclipe foi descrito pela cantora como "tocante", durante sua passagem MTV Video Music Awards 2010. O videoclipe foi dirigido por Dave Meyers e gravado em Budapeste.

As canções "Not Like the Movies", "Circle the Drain" e "E.T." foram lançadas antecipadamente para ajudar a promover o álbum. Em 3 de agosto, "Not Like the Movies" foi lançada e, mais tarde, apareceu listada na posição #41 e #53 na Canadian Hot 100 e Billboard Hot 100, respectivamente. "Circle the Drain", que foi lançado em 10 de agosto, ficou na posição #30 nas paradas canadenses, #36 nas neozelandeses e #58 nas norte-americanas. A canção "E.T." teve um maior desempenho e ficou na décima terceira posição no Canadá, e quadragésima segunda nos Estados Unidos.

A promoção de Teenage Dream começou em 6 de junho de 2010 no MTV Movie Awards, com a performance de Katy Perry e Snoop Dogg de "California Gurls". O conceito artístico inspirado em Candyfornia para o cenário das performances, foi usado pela primeira vez em 20 de junho durante a apresentação da canção dedicada à Califórnia no MuchMusic Video Awards 2010. Perry participou do festival musical MTV World Stage 2010: Live in Malaysia no início de agosto, onde promoveu "California Gurls", "Teenage Dream" e "Peacock", junto de outras canções de One of the Boys. Além de apresentar a cerimônia, a cantora realizou a performance de "Teenage Dream" como abertura do Teen Choice Awards em 9 de agosto. No dia do lançamento do álbum nos Estados Unidos, 24 de agosto, foi realizada performances de "California Gurls", "Teenage Dream", "Peacock" e "Firework" no programa americano The Late Show with David Letterman, assim como algumas canções de seu álbum anterior. Na manhã de 27 de agosto, Katy Perry participou do programa The Today Show em Nova Iorque e cantou "California Gurls" e "Teenage Dream", assim como a canção de 2008, "I Kissed a Girl". Apesar da canção não ter sido divulgada oficialmente, foi confirmada a apresentação da cantora no MTV Europe Music Awards 2010 em 7 de novembro em Midrid, Espanha.

Em uma entrevista durante sua passagem pela Austrália em junho, Katy Perry disse que a turnê mundial para promover Teenage Dream ocorreria a partir de 2011:

Durante o MTV Video Music Awards de 2010 em 12 de setembro, a cantora prometeu que sua turnê em 2011 iria possuir uma experiência sensorial completa: "Quero atingir todos os sentidos: visão, audição, olfato, paladar e toque".