John C. Reilly
2013年4月、ガモーラ役としてゾーイ・サルダナへの出演交渉に入った。数週後、マイケル・ルーカーが役でキャストに加わった。同月末、『ハリウッド・リポーター』はサルタナの出演が決まり、またオフィリア・ラヴィボンドもキャスティングされたことを報じた。翌日、リー・ペイスが悪役として最終交渉中であることが報じられた。5月、『』はマーベルがジョン・C・ライリーをガーディアンズとS.H.I.E.L.D.を繋げるエージェントであるローマン・デイ役でオファーしていることを報じた。同サイトはまた、他の役の候補にヒュー・ローリー、アラン・リックマン、渡辺謙らが挙がっており、またクリストファー・マルクスとスティーヴン・マクフィーリーが脚本を書き直していることを報じた。数日後、グレン・クローズがのリーダー役にキャスティングされ、さらに続けてカレン・ギランが女性悪役に決まった。6月、ベニチオ・デル・トロが新たにキャストに加わった。デル・トロは本作を含む複数の作品に出演する契約をマーベル・スタジオと交わしている。同月末、ライリーがローマン・デイ役にキャスティングされた。