Robert Pattinson był rozważany do roli hrabiego Wrońskiego.
Do roli Aleksieja Karenina rozpatrywano kandydaturę Jamesa McAvoy'a.
Saoirse Ronan od początku była obsadzona w roli Kitty, jednak odrzuciła rolę. Także Cate Blanchett, Andrea Riseborough i Benedict Cumberbatch byli obsadzeni w drugoplanowych rolach, jednak zrezygnowali z projektu.
Zdjęcia do filmu powstały w Didcot, Richmond (Anglia, Wielka Brytania) i na wyspie Kiży (Rosja).