※括弧内は日本語吹替[9][10]。

スタントン・“スタン”・カーライル - ブラッドリー・クーパー（東地宏樹）

リリス・リッター博士 - ケイト・ブランシェット（塩田朋子）

メアリー・エリザベス・“モリー”・ケイヒル - ルーニー・マーラ（國府咲月）

ジーナ・クルンバイン - トニ・コレット（藤貴子）

クレメント・“クレム”・ホートリー - ウィレム・デフォー（内田直哉）

エズラ・グリンドル - リチャード・ジェンキンス（安原義人）

ブルーノ - ロン・パールマン（廣田行生）

ピーター・“ピート”・クルンバイン - デヴィッド・ストラザーン（金尾哲夫）

フェリシア・キンブル - メアリー・スティーンバージェン（小林さとみ）

キンブル判事 - ピーター・マクニール（英語版）

アンダーソン - ホルト・マッキャラニー

獣人（ギーク） - ポール・アンダーソン

モスキート少佐 - マーク・ポヴィネッリ（英語版）（斎藤志郎）

ジェデディア・ジャッド保安官 - ジム・ビーヴァー

ファンハウス・ジャック - クリフトン・コリンズ・Jr

カーニー・ボス - ティム・ブレイク・ネルソン

エルルード博士 - デヴィッド・ヒューレット

ルイーズ・ホートリー - ララ・ジーン・コロステッキ（英語版）

ホーボー - スティーブン・マクハティ

フィーフィー・ザ・バードガール - ダイアン・ベイチャー（英語版）

スタンのショーの観客 - ロミナ・パワー（カメオ出演）

製作
プリプロダクションギレルモ・デル・トロ

2017年12月、ギレルモ・デル・トロがウィリアム・リンゼイ・グレシャム（英語版）の小説『ナイトメア・アリー 悪夢小路（英語版）』の映画化作品『ナイトメア・アリー』で監督・脚本を務めることが発表された[11]。『ナイトメア・アリー』は歴代デル・トロ監督作品『クリムゾン・ピーク』『シェイプ・オブ・ウォーター』と異なり超自然的フィクションの要素がなく、彼にとって初めて手掛けるジャンルとなる。デル・トロは1947年に初めて『ナイトメア・アリー 悪夢小路』を映像化したタイロン・パワー主演の『悪魔の往く町（英語版）』のリメイクではなく、原作の再映画化を目指しており、「この本はタイロン・パワーの映画を鑑賞する前の1992年にロン・パールマンからもらったのですが、私はこの本が大好きだったのです。キム・モーガンと手掛けた脚本は、必ずしも本全体がサーガになっているわけではありません。ですが、本の中にはダークな要素があり、短編映画でノワールものをやりたいと思っていた私にとっては初めてのチャンスでした。それはホラーであり、ノワールでもあったのです。そして、今は社会の暗部を描くような映画を作る最初のチャンスでもあるのです。超自然的フィクションの要素はなく、ストレートに暗いストーリーなんです」とコメントし、映画がR指定されるだろうと語っている[12]。撮影監督と音楽監督には『シェイプ・オブ・ウォーター』に参加したダン・ローストセンとアレクサンドル・デスプラが起用された[13][14]。しかし、デスプラがスケジュールの都合で降板したため、新たにネイサン・ジョンソン（英語版）が起用された[15]。