Joss Whedon
2012年10月、主演5人のためのキャスティング・シートが送り出された。同月末、ニューヨーク・コミック・コンにジョス・ウィードン、ケヴィン・フェイグ、クラーク・グレッグが現れ、グレッグがパイロッド版でもエージェント・フィル・コールソンを演じ、さらにシリーズの「ヘッドライン」となることを発表した。同月末頃、ミン＝ナ・ウェンがエージェント・メリンダ・メイ役にキャスティングされた。2012年11月、エリザベス・ヘンストリッジとイアン・デ・カーステッカーがジェマ・シモンズとレオ・フィッツ役にキャスティングされた。11月、ブレット・ダルトンがエージェント・グラント・ウォード役にキャスティングされた。2012年12月、6人目にして最後のレギュラーキャラクターであるスカイ役にクロエ・ベネットがキャスティングされた。