Casting W lipcu 2014 roku poinformowano, że w filmie głosów użyczą: Maya Rudolph jako Cass, James Cromwell jako Robert Callaghan, Damon Wayans Jr. jako Wasabi, T.J. Miller jako Fred, Alan Tudyk jako Alistair Krei, Jamie Chung jako Go Go, Genesis Rodriguez jako Honey Lemon, Daniel Henney jako Tadashi, Ryan Potter jako Hiro i Scott Adsit jako Baymax.
Prace nad animacją Nad filmem pracowało około dziewięćdziesięciu animatorów przez dwa lata. Na potrzeby filmu stworzono fikcyjne miasto San Fransokyo, które jest połączeniem San Francisco i Tokio. Przy jego animacji połączono wpływy kultury japońskiej i kalifornijskiej. W komiksach akcja toczy się w Tokio, jednak studio zdecydował się na zmianę. Pomył filmowców zakładał, że San Fransokyo zostało zbudowane przez japońskich imigrantów na gruzach San Francisco zniszczonego w 1906 roku przez trzęsienie ziemi. Stworzono szczegółową cyfrową symulację miasta. Projekt ten zawierał ponad 83 tysiące budynków i 100 tysięcy pojazdów. Do tego celu studio zakupiło plany całego miasta i hrabstwa San Francisco.