Casting W październiku 2019 roku potwierdzono powrót Brie Larson w tytułowej roli. W grudniu 2020 roku do obsady dołączyły jako Kamala Khan i Teyonah Parris jako Monica Rambeau. W lutym 2021 roku poinformowano, że została obsadzona w roli antagonisty. W czerwcu poinformowano, że Park Seo-joon zagra w filmie. We wrześniu do obsady dołączyli: Samuel L. Jackson jako Nick Fury, jako Jimmy Woo, jako Amir Khan, jako Muneeba Khan i jako Yusuf Khan.
W styczniu 2022 roku pojawiła się informacja, że Tessa Thompson i Lashana Lynch powtórzą role Walkirii i Marii Rambeau z poprzednich filmów franczyzy. W kwietniu 2023 roku ujawniono, że Ashton zagra Dar-Benn oraz że w filmie wystąpią również Daniel Ings jako Ty-Rone oraz Caroline Simonnet i Jessica Zhou. Potwierdzono wtedy również obecność Lynch w filmie.
Zdjęcia i postprodukcja W kwietniu 2021 roku zrealizowano zdjęcia lokacyjne w Jersey City, a główne zdjęcia do filmu rozpoczęły się w sierpniu w Pinewood Studios pod Londynem pod roboczym tytułem Goat Rodeo. Początkowo miały się one rozpocząć pod koniec maja. Pod koniec sierpnia zdjęcia zrealizowano w Tropei we Włoszech. We wrześniu nakręcono sceny w Los Angeles. Prace na planie zakończyły się pod koniec listopada.