フェイ・レイは『四枚の羽根』に出演したことでクーパー、シュードサックと面識を得ており、彼女は『猟奇島』でもヒロイン役に起用されている[21]。『キング・コング』の製作が承認されると、クーパーはコングの黒い毛との対比を意識してヒロイン役にはブロンドの髪の女優を求め、ドロシー・ジョーダン（英語版）、ジーン・ハーロウ、ジンジャー・ロジャースなどを候補に考えたが、最終的にフェイ・レイを起用し、彼女にブロンドのカツラを被せて演技させた。フェイ・レイは脚本の内容よりも、クーパーの熱意に押されて出演を決めたという。また、自伝『On the Other Hand』によると、クーパーからは「ハリウッドで最も背が高く、色が黒い主演俳優」との共演を伝えられた。彼女はクラーク・ゲーブルのことだと思っていたが、直後にエンパイア・ステート・ビルディングに登るコングの写真を見せられたという[21]。

ロバート・アームストロングもフェイ・レイと同じく『猟奇島』に出演しており、撮影中にクーパーとシュードサックの側近の地位を手に入れ、『キング・コング』ではカール・デナム役に起用された[21]。1933年代初頭のアニマル映画の興行成績が不振だったことから、『キング・コング』ではジャングルや動物といった要素よりも恋愛要素が強調され、デナムの腕の中にいるアンの宣伝画像に「Their Hearts Stood Still...For There Stood Kong! A Love Story of Today That Spans the Ages!」というキャッチコピーが添付された。映画ではアン（フェイ・レイ）とドリスコル（ブルース・キャボット）の恋愛が描かれたが、宣伝では無名のキャボットではなくスター俳優の地位を確立していたアームストロングの存在が強調されていた[22]。一方のブルース・キャボットはセルズニックに才能を見出されて俳優デビューし、『猟奇島』のオーディションでクーパーと出会った。彼はそのまま『キング・コング』のオーディションに参加したが、「ジョエル・マクリーのスタントマン」のオーディションと勘違いして辞退しようとした（当初、ドリスコル役にはマクリーが検討されていた）。クーパーの説明で誤解が解けたキャボットはオーディションを受け、ドリスコル役に起用された[23]。キャボットはデビューして間もなかったため演技が未熟で、『キング・コング』への出演については「正しい場所に立ち、言われた通りのことをやってギャラをもらった」と語っている[24]。

ベンチャー号の船員役にはジェームズ・ダイム（英語版）などスタントマンや端役俳優が多く起用され[25]、二等航海士ブリッグス役にはジェームズ・フレイヴィン（英語版）が起用された。この他にコングに襲われた先住民の子供の母親役をエッタ・マクダニエル（英語版）、ニューヨークのホテルでコングに殺される女性役をサンドラ・ショー（英語版）が演じている[26]。クーパーとシュードサックはそれぞれ飛行機のパイロット役、射撃手役として出演しているが、クレジットはされていない[27]。
コングの造形キングコングとフェイ・レイブロントサウルスのアーマチュア

RKOが試作版製作を承認後、マーセル・デルガド（英語版）はクーパーとオブライエンの指示とデザインに基づき、身長18フィートのコング（当時の名称はジャイアント・テラー・ゴリラ）を1フィート＝1インチの縮尺でアーマチュアを製作した[28]。模型はアルミニウム、発砲ゴム、ラテックス、ラビットファー（英語版）を素材にした18インチの模型が2体、ニューヨークのシーンで使用する同素材で作られた24インチのアーマチュアが1体、エンパイア・ステート・ビルディングのシーンで使用する鉛と毛皮で作られた小型アーマチュアが1体作られている。この4体のうち2体（1体はテスト撮影用）が現存しており、それぞれピーター・ジャクソンとボブ・バーンズ3世（英語版）が所有している[29]。2009年にはロンドンのクリスティーズで12万1000ポンド（20万ドル）でアーマチュアが落札された[30]。

コングの体形は、実際のゴリラの腹部と尻が突出したコミカルな体型を解消するため、スリム化されている。唇、眉毛、鼻はゴム製、目はガラス製で、アルミ製の頭蓋骨に開けられた穴に通した細いワイヤーで表情を動かしている。コングのゴム製の皮膚は撮影の際の照明で乾燥してしまうため、皮膚を何度も交換して顔の造形を作り直していた[31]。頭部、首、上胸部から成る上半身のアーマチュアは木、布、ゴム、熊皮から作られ、デルガド、E・B・ギブソン、フレッド・リースが手掛けた[32]。模型の内部では3人の男性スタッフが金属製のレバーや蝶番、エアコンプレッサーを使用して表情を動かしていた。牙の長さは10インチ、目玉は12インチの大きさで作られている。この巨大アーマチュアは台車で撮影セット間を移動していた。完全なコングの模型を作った場合、大きさは30-40フィートになると推定される[33]。右手と右腕のアーマチュアはスチール、スポンジゴム、ゴム、熊皮で作られた[34]。洞窟でコングがドリスコルを掴むシーンでは、コングの片方の腕はクレーンに取り付けられ、グリップ操作しており、もう一方の腕は指の関節が動くようになっており、アンを掴むシーンで使用されたコングの足も腕と同素材で作られ、クレーンに取り付けて人間を踏み潰すシーンで使用された[34]。

謎の島の恐竜はコングと同じ手法でデルガドが作成し、アメリカ自然史博物館にあるチャールズ・R・ナイト（英語版）の壁画を参考にしている。アーマチュアはRKOのマシンショップで製造され、綿、発砲ゴム、ラテックスシート、液体ラテックスが使用されている。恐竜の模型は1フィート＝1インチの縮尺で18インチから3インチの模型が作られた。いくつかの模型は『Creation』のために作られたものを流用しており、同じ恐竜の模型を2個から3個作ることもあった。ラテックス製の皮膚は長時間照明に当てると損傷するため、ジョン・チェラゾーリは模型を木で複製し、テスト撮影の際に使用していた。彼はアンやドリスコルなど人間の模型も木材で製作しており、この他にベンチャー号や列車、飛行機の模型も作られた[35]。
特殊効果キングコングとティラノサウルスブロードウェイ劇場のキングコング

『キング・コング』はストップモーション・アニメーション、マットペイント、リア・プロジェクション・エフェクト（英語版）、ミニチュア撮影などデジタル時代以前の特殊効果が数多く使用された画期的な映画として知られている[36]。謎の島に登場する有史以前の生物は、ウィリス・オブライエンと彼の助手バズ・ギブソンがストップモーション・アニメーションで作成している[37]。ベンチャー号が到着した時の謎の島の背景はマットペインターのヘンリー・ヒリンク、マリオ・ラリナガ、バイロン・C・クラッベがガラスに描いており、このシーンでは様々な種類の鳥が合成され、船と俳優の背後にリア・プロジェクションされている。