Casting Do roli Stephena Strange’a rozważani byli: Joaquin Phoenix, Jared Leto, Tom Hardy, Benedict Cumberbatch, Ethan Hawke, Oscar Isaac, Ewan McGregor, Matthew McConaughey, Jake Gyllenhaal, Colin Farrell, Keanu Reeves i Ryan Gosling. W lipcu 2014 roku Cumberbatch poinformował, że nie będzie mógł zagrać w filmie ze względu na inne zobowiązania. Phoenix negocjował umowę z Marvel Studios od lipca do października. Pod koniec października Cumberbatch jednak rozpoczął negocjacje ze studiem, które zdecydowało się na przesunięcie premiery, aby go pozyskać. W grudniu potwierdzono jego angaż.
W styczniu 2015 roku poinformowano, że Chiwetel Ejiofor rozpoczął negocjacje ze studiem dotyczące roli w filmie. W maju ujawniono, że Tilda Swinton jest w trakcie rozmów dotyczących roli Starożytnej. W czerwcu potwierdzono, że Swinton i Ejiofor jako Mordo zagrają w filmie. W lipcu Rachel McAdams rozpoczęła negocjacje, a w sierpniu Mads Mikkelsen. We wrześniu potwierdzono udział McAdams. W listopadzie do obsady dołączyli Michael Stuhlbarg jako Nicodemus West, Scott Adkins jako Lucian i Amy Landecker jako doktor Brauner oraz potwierdzono udział Mikkelsena. W styczniu 2016 poinformowano, że do obsady dołączył Benedict Wong jako Wong.