Том Круз давно проявлял интерес к фильму и официально подписал контракт на главную роль 20 мая 2011 года.
На роль Юлии в паре с Крузом продюсеры рассматривали пять актрис: Джессику Честейн, Оливию Уайлд, Брит Марлинг, Нуми Рапас и Ольгу Куриленко, и все пять прошли прослушивание 27 августа 2011 года.
26 сентября 2011 года было объявлено, что Честейн получила роль. Впоследствии Честейн предложили главную роль в фильме Кэтрин Бигелоу «Цель номер один» (2012), и Круз позволил ей расторгнуть контракт на «Обливион», чтобы она могла сняться в другом фильме, за что Честейн публично поблагодарила Круза. Позже роль была переиграна Куриленко.
В рамках подготовки к роли Куриленко смотрела видеоролики по подготовке астронавтов, а также классические научно-фантастические и романтические фильмы, такие как «Солярис» (1972), «Дурная слава» (1946) и «Касабланка» (1942).
«Забавно, что я действительно смотрела "Солярис"; Джозеф никогда не упоминал об этом»,
— сказала Куриленко.
«Я родом из мира Тарковского, и к тому моменту я не смотрела его много лет. Я также посмотрела новый фильм с Джорджем Клуни и Наташей Макэлхоун. Сюжет — как в "Солярисе", так и в "Обливионе" — посвящен космосу и памяти».
Хотели бы вы увидеть продолжение «Обливиона»?