Kameramann Philippe Rousselot ("Sherlock Holmes") musste sich während der Vorproduktion des Films wegen Rückenschmerzen einer Operation unterziehen. Deshalb wurde er durch Seamus McGarvey ("Der Solist") ersetzt.
Neben James McAvoy ("X-Men: Erste Entscheidung") lehnten auch Saoirse Ronan ("Byzantium"), Cate Blanchett ("Wer ist Hanna"), Benedict Cumberbatch ("Gefährten") sowie Andrea Riseborough ("Disconnect") eine Rolle in "Anna Karenina" ab.
"Twilight"-Star Robert Pattinson wurde für die Rolle Vronskys in Betracht gezogen und James McAvoy ("X-Men: Erste Entscheidung") für die Rolle Levins. Beide Schauspieler erteilten dem Projekt eine Absage.