本作に乗り気満々の深作欣二は劇画『ドーベルマン刑事』の映画化中、千葉真一(同作主演)と深作を表敬訪問した作者の平松伸二に「『ドーベルマン刑事』もいいんだが、この後に撮る『柳生一族の陰謀』ってのが、これまた面白くなりそうでねえ~!」と話しており、平松は「『ドーベルマン刑事』より、(本作ばかりを)熱く語っていた」と証言している。一緒に脚本を手掛けた野上龍雄や松田寛夫とも、「スムーズに執筆が進んだ」と深作は回想していた。徳川家光を吃音というキャラクターにしたのは、「自身が吃音である野上のアイデア」と井上淳一は紹介しているが、松方弘樹は「弟の徳川忠長はいい男で、家光は人望がなく、風貌もよくないという設定なので、『顔に痣があり、吃音でやりたい』と深作欣二監督に言うと、『おお、いいな』と乗ってくれた」と語っている。本作タイトルは岡田がつけた。キャスティング.主演.柳生十兵衛三厳を千葉真一に配役することは、早々に決まった。深作欣二はかねてから戦後の娯楽時代劇に否定的で、いつの日か、東映調のチャンバラ映画ではなく、黒澤リアリズムとも違う、もっとテンポのあるアクション時代劇を作りたいという強い願望から「その期待に応えられる俳優は千葉真一、ただ一人しかない」と見定めていた。後年、深作は千葉の柳生十兵衛を「いきなり時代劇をやったが、成果を上げて、良かった」と評している。千葉にとって十兵衛は十八番の一つになり、同作の#連続ドラマやテレビ時代劇『柳生あばれ旅シリーズ』、映画『魔界転生』、演劇『柳生十兵衛魔界転生』と演じていく。萬屋錦之介と千葉真一が上記主演した作品以外でも、彼らは宗矩と十兵衛で出演している(⇒#関連項目)。助演.深作欣二は時代劇でも現代劇的な要素を持ったトーンを狙い、新感覚の時代劇とするため、金子信雄・高橋悦史・芦田伸介・西郷輝彦ら、現代劇を中心に活躍する俳優を多くキャスティングした。