Esta es la segunda cinta basada en una línea de juguetes de la marca Hasbro, luego de la cinta Transformers (2007)
El actor, doble de riesgo y especialista en artes marciales, Ray Park, conocido por su papel de Darth Maul en la saga de Star Wars, no conocía del todo la historia ni la caricatura de G.I. Joe. Sin embargo, cuando era niño, tenía una figura de Snake Eyes con la que solía jugar. Cuando recibió la oferta de interpretar el papel de Snake Eyes, se sintió afortunado de interpretar a uno de sus héroes de infancia. Para preparse, estudió las intervenciones en la caricatura y en los comics del personaje, practico con el traje de ninja puesto, el cual era de un material que complicaba la movilidad, además de entrenar el arte marcial wushu.
Antes de Channing Tatum, para el papel de Duke, los actores Sam Worthington, Mark Walhberg, Matthew Fox, Chris Hemsworth y Chris Evans fueron considerados para el mismo.
La actriz Sienna Miller acepto el papel de la Baronesa porque pensó que sería divertido ser la villana de una cinta de acción y sobre todo porque, a diferencia de sus papeles previos, su personaje no tendría una ruptura amorosa, ni sería adicta a las drogas, ni moriría al final.
El actor Dennis Quaid acepto participar en la cinta porque su hijo es un gran admirador de G.I. Joe. Los productores y el director disfrutaron tanto trabajar con él, que instruyeron al guionista a agregar escenas donde aparecía el personaje.