月3日，官方和玛格·罗比会谈担任主角。10月16日，梦工厂以1000万美元的片酬由史嘉蕾·乔韩森饰演主角草薙素子，而罗比则很快地改参演华纳兄弟的《自杀突击队》。2015年11月10日，皮鲁·艾斯贝克将饰演重要角色巴特。2015年11月19日，据报导，山姆·莱利正在会谈加入本片，饰演一名危险极端罪犯的反派角色。但于2016年2月4日，据报导，麦可·彼特才是莱利的角色饰演者。2016年3月3日，据TheWrap网站报导，日本演员北野武将饰演公安9课部长荒卷大辅，Production I.G社长石川光久担任执行制