Joseph Gordon-Levitt
2010年11月，喬治·克隆尼在對於主角的會談中表示很感興趣，但他因2011年9月的背傷發作而離開該項目。之後，喬瑟夫·高登-李維、雷恩·葛斯林、查尼·塔圖、亞歷山大·斯卡斯加德、伊旺·麥奎格、羅伯·派汀森、麥特·戴蒙、克里斯汀·貝爾、麥克·法斯賓達、布萊德利·庫柏、李奧納多·狄卡皮歐、喬爾·金納曼、羅素·克洛、克里斯·潘恩、萊恩·雷諾斯和喬·漢姆都是被認為可能作為主角的演員。2013年3月18日，湯姆·克魯斯初期被討論將會出演電影中，2013年4月24日， 艾米·漢默將飾演第二主角，而克魯斯則飾演拿破崙·蘇洛。瑞典女演員艾莉西亞·薇坎德於2013年5月8日加入劇組擔任女主角。2013年5月23日，克魯斯基於他對《不可能的任務：失控國度》的出演承諾，不得已退出電影。改由英國演員亨利·卡維爾代替克魯斯擔任主演。2013年7月31日，伊莉莎白·戴比基加入電影作為一個蛇蠍美人類型的角色，在此之前蘿絲·拜恩和莎莉·賽隆都是此角的考慮人選。2013年8月8日，休·葛蘭加入劇組飾演「紳士局」的領導者。2013年9月4日，傑瑞德·哈里斯將飾演中情局的桑德斯，飾演主要反派亞歷山德，飾演康提莎。