Charlie và nhà máy sôcôla (phim)
Sản xuất > Thử vai

Trước khi Burton tham gia vào dự án phim, đạo diễn Warner Bros đã cân nhắc và thảo luận về nhân vật Willy Wonka với những diễn viên như:  Bill Murray, Christopher Walken, Steve Martin, Robin Williams, Nicolas Cage, Jim Carrey, Michael Keaton, Robert De Niro, Brad Pitt, Will Smith, Mike Myers, Ben Stiller, Leslie Nielsen, John Cleese, Eric Idle, Michael Palin, Patrick Stewart, và Adam Sandler. Dustin Hoffman và Marilyn Manson được cho là cũng muốn có vai diễn chính này. Tuy nhiên, công ty sản xuất của Pitt, Plan B Entertainment, vẫn tiếp tục đồng tài trợ cho bộ phim với đạo diễn Warner Bros. Johnny Depp là diễn viên duy nhất được Burton cân nhắc cho vai diễn Wonka, mặc dù Dwayne Johnson là sự lựa chọn thứ hai của Burton trong trường hợp nếu như không có Depp. Depp đã đồng ý ký ngay mà không cần đọc qua kịch bản, với ý định tiếp cận một cách hoàn toàn khác so với những gì mà Gene Wilder đã làm trong bộ phim chuyển thể năm 1971. Depp cho biết bất kể bộ phim gốc như thế nào đi chăng nữa, thì nhân vật Willy Wonka của Gene Wilder vẫn rất độc đáo.
Depp và Burton đã lấy cảm hứng cho nhân vật Willy Wonka từ những người dẫn chương trình truyền hình dành cho trẻ em như Bob Keeshan (Captain Kangaroo), Fred Rogers và Al Lewis từ "The Uncle Al Show", và Depp cũng lấy cảm hứng từ những người dẫn chương trình trò chơi khác. Burton nhớ lại  thời thơ ấu của mình rằng các nhân vật kỳ dị thường để lại ấn tượng lâu dài. Burton nói, "Đó là một sự kết hợp kỳ lạ của những người dẫn chương trình truyền hình dành cho trẻ em". Depp dựa trên biên tập viên tạp chí Vogue Anna Wintour để tạo hình ảnh cho vẻ ngoài của nhân vật Wonka ( cắt bob phóng đại và đeo kính râm).
Các so sánh đã được rút ra giữa nhân vật Willy Wonka và diễn viên Michael Jackson. Nhưng Burton không đồng ý với những so sánh và nói rằng Jackson, không giống như Wonka (về vấn đề thích trẻ em). Depp cho biết những điểm tương đồng giữa vai diễn với Jackson có một vài điểm chưa ở vai diễn chưa có ở Jackson. Thay vào đó, ông so sánh Wonka với Howard Hughes do có tính cách "sống ẩn dật và thích kiểm soát". Vì vậy đạo diễn Burton đã đồng ý sự tương đồng này với Hughes. Depp cũng trích dẫn Charles Foster Kane từ "Citizen Kane" như một nguồn cảm hứng cho Wonka, vì Kane là "một người xuất sắc nhưng sau khi bị chấn thương tâm lý và đã rút lui vào thế giới của riêng họ". Vì để muốn đạt được sự chân thực và kì ảo nhất cho bộ phim Depp muốn trang điểm cho nhân vậy chính Wonka có một chiếc mũi thon dài, nhưng Burton tin rằng điều đó sẽ quá lố. Trong quá trình sản xuất, nhà sản xuất biên kịch Gene Wilder đã tham gia một cuộc phỏng vấn với tờ báo "The Daily Telegraph" và đã cáo buộc các nhà làm phim chỉ làm lại bộ phim năm 1971 (vì mục đích kiếm tiền). Nhưng Depp cho biết anh rất thất vọng trước nhận xét của Wilder, và trả lời rằng bộ phim không phải là một bản làm lại, mà là một bản chuyển thể mới từ cuốn sách tiểu thuyết năm 1964 của tác giả Dahl.
Cuộc tuyển chọn diễn viên cho Charlie Bucket, Violet Beauregarde, Veruca Salt và Mike Teavee đã diễn ra ở Hoa Kỳ và Vương quốc Anh, trong khi buổi tuyển chọn diễn viên của Augustus Gloop thì diễn ra ở Đức. Burton cho biết ông đã rất khó khăn khi tìm kiếm những diễn viên "có sự tương đồng gì đó ở nhân vật trong họ", và nhận thấy Mike Teavee là nhân vật khó chọn nhất. Burton lại tiếp tục gặp khó khăn khi chọn nhân vật Charlie, cho đến khi Johnny Depp, người đã làm việc với Freddie Highmore trong phim Finding Neverland, đề xuất Highmore cho vai diễn Charlie. Highmore đã đọc cuốn sách tiểu thuyết này trước đó, nhưng vẫn quyết định đọc lại nó một lần nữa trước khi thử vai. Nam diễn viên đã chọn không xem bộ phim chuyển thể gốc, và cũng chọn không xem nó cho đến khi Burton sản xuất bộ phim, vì vậy vai diễn của nam diễn viên sẽ không bị ảnh hưởng.
Trước khi Adam Godley chính thức được chọn vào vai Mr. Teavee. Các diễn viên đề cử khác như Dan Castellaneta, Tim Allen, Ed O'Neill, Bob Saget và Ray Romano đều đã được cân nhắc cho vai diễn này.