Katie Holmes begynte å arbeide med en sangpedagog til rollen som Christine Daaé, og var favoritt i mars 2003. Hun ble erstattet med den trente sopranen Anne Hathaway. Hun måtte imidlertid trekke seg fra rollen siden innspillingen kolliderte med produksjonen til , som hun var forpliktet til å spille i. Hathaway ble da erstattet med Emmy Rossum. Rossum hadde erfaring fra Metropolitan Opera, og hadde sunget der siden hun var sju år. Hun utformet forholdet mellom Operafantomet og Christine etter kjærlighetsparet Suzanne Farrell og George Balanchine. Patrick Wilson fikk rollen som Raoul basert på arbeidet hans på Broadway. Minnie Driver, som hadde rollen som den egoistiske primadonnaen Carlotta, viste tendenser til stilarten camp i rolleskildringen sin. Ciarán Hinds fikk rollen som Richard Firmin til tross for lite sangerfaring, på bakgrunn av samarbeidet hans med Schumacher på filmen (2003). Lloyd Webber og Schumacher hadde fra starten av planlagt å ha unge og relativt ukjente skuespillere i nøkkelrollene.