Dopo l'abbandono di George Lazenby, i produttori considerarono numerosi attori tra cui Clint Eastwood, Adam West, Burt Reynolds, Robert Wagner e persino Ranulph Fiennes, ma alla fine la United Artists insistette per il ritorno di Sean Connery, pagandogli un compenso record di 1,25 milioni di dollari.

Michael Gambon rifiutò la parte di Bond dicendo a Broccoli di essere 'in pessima forma fisica', mentre Roger Moore era impossibilitato perché impegnato con la serie TV The Persuaders!.

Sean Connery utilizzò il suo compenso per fondare la Scottish International Education Trust, un fondo per finanziare artisti scozzesi senza doverli far emigrare per proseguire la carriera.

Jill St. John ottenne il ruolo di Tiffany Case grazie alla raccomandazione di Sidney Korshak, che aveva aiutato i produttori con le location di Las Vegas; divenne così la prima Bond girl americana.

Il musicista jazz Putter Smith fu scelto per interpretare Mr. Kidd dopo che Harry Saltzman lo vide esibirsi con la Thelonious Monk Band; il ruolo di Mr. Wint fu invece assegnato a Bruce Glover dopo che Paul Williams non trovò un accordo economico con i produttori.

Bruce Cabot, che interpretò Bert Saxby, morì l'anno successivo all'uscita del film, rendendo Diamonds Are Forever la sua ultima interpretazione cinematografica; l'attore aveva già recitato nel King Kong originale degli anni '30.

L'idea del personaggio Willard Whyte nacque da un sogno di Albert Broccoli, in cui il suo amico Howard Hughes veniva sostituito da un impostore.

Una prima versione della sceneggiatura prevedeva come villain il fratello gemello di Auric Goldfinger, un magnate marittimo svedese armato di un cannone laser nascosto in una superpetroliera, con un finale che includeva un inseguimento tra giunche cinesi e galere romane sul Lake Mead; l'idea fu infine scartata e Blofeld reintrodotto nella trama.

Girare a Las Vegas di notte offriva un vantaggio ai direttori della fotografia: grazie all'abbondanza di insegne al neon non serviva illuminazione aggiuntiva.

Durante le riprese della scena in cui Plenty O'Toole viene trovata annegata in piscina, l'attrice Lana Wood aveva i piedi legati a un blocco di cemento sul fondo; il pavimento della piscina era inclinato e il blocco si spostava sempre più in profondità ad ogni ciak, finché un giorno rimase sommersa e dovette essere soccorsa dagli astanti.

Per il salto della Ford Mustang su due ruote in un vicolo stretto, lo stuntman inizialmente incaricato distrusse diverse auto senza riuscire a completare l'acrobazia; con l'ultima vettura rimasta, lo stunt driver Bill Hickman riuscì a eseguire il salto in un solo ciak.

Nella scena dell'inseguimento in auto a Las Vegas è presente un errore di continuità: la Mustang entra in un vicolo stretto guidando sulle ruote di destra ma ne esce sulle ruote di sinistra.

Il rover lunare guidato da Bond fu ispirato al lunar rover della NASA ma con l'aggiunta di elementi come braccia oscillanti, poiché i produttori non lo trovavano abbastanza 'stravagante'; fu costruito dal preparatore di auto Dean Jeffries su un telaio Corvair a motore posteriore ed era in grado di raggiungere velocità stradali.

Il cognome del personaggio Bert Saxby, interpretato da Bruce Cabot, è un omaggio al produttore Albert R. Broccoli.