Það er dvergurinn Peter Dinklage sem fer með hlutverk Bolivers Trask en hann er hvað þekktastur fyrir túlkun sína á Tyrion Lannister í sjónvarpsþáttunum Game of Thrones. Leikstjóri myndarinnar, Bryan Singer, segir karakter Bolivers vera byggðan á þýska nasistaforingjanum Adolf Hitler.
„Hitler notaði gyðingana sem blóraböggla til að tengja saman myrka hluta Evrópu og Boliver gerir það sama með þá stökkbreyttu. En hann var ekki 180 sentímetra hár, fullkominn, ljóshærður aríi – hann var stuttur og skringilega útlítandi maður!“ segir Singer. Hann segist hafa talað við James Cameron í tvo tíma, leikstjóra myndanna The Terminator og Terminator 2: Judgement Day, um hvernig ætti að láta tímaferðalag virka í myndinni. Töluðu þeir meðal annars um hliðarheima og strengjakenninguna.
Hugh Jackman leikur Wolverine í þessari mynd og er þetta í sjöunda sinn sem hann leikur karakterinn í kvikmyndinni. Þar bætir hann sitt eigið met í að leika oftast karakter úr teiknimyndasögu í bíómynd. Hann er einnig eini leikarinn sem leikur í öllum X-Men-myndunum.
Í öðrum hlutverkum í myndinni eru Jennifer Lawrence, Michael Fassbender, Ian McKellen, Ellen Page, James McAvoy og Halle Berry.