Po ukończeniu prac nad scenariuszem, filmowcy przystąpili do kompletowania obsady. Danny Boyle i Andrew Macdonald polecieli do Nowego Jorku, by spotkać się z Leonardo DiCaprio, którego uznali za wymarzonego odtwórcę roli Richarda. „Leo to zdumiewający aktor, jest świeży, oryginalny i wprost kipi pomysłami” - powiedział Danny Boyle. „Cechuje go prawdziwie europejska wrażliwość - choć sam gwałtownie by się sprzeciwił takiemu twierdzeniu - spodobał mu się więc pomysł, by zagrać bohatera nie wolnego od słabości” – dodał reżyser. Richard staje się dla widza zagadką, tajemnicą: odcina się od korzeni, a w końcu nawet od wyspiarskiej społeczności i zdaje się wyłącznie na własne siły, reprezentując tym samym skrajny odłam filozofii mieszkańców "niebiańskiej plaży". Odcina się od całego rodzaju ludzkiego z wszystkimi jego niedoskonałościami.
Leonardo DiCaprio czekał niemal rok na rolę, którą powróci na ekran po sławnym "Titanicu": „Szukałem scenariusza, który wzbudzi we mnie silne emocje, a ‘Niebiańska plaża’ i postać Richarda wydały mi się szczególnie bliskie. Richard żył w świecie komputerów i nigdy nie czuł potrzeby doznania prawdziwych emocji. Wyrusza więc w podróż do Tajlandii w poszukiwaniu mocnych wrażeń. Nieustannie szuka coraz głębszych doznań” - powiedział. Podobnie jak w powieści Alexa Garlanda, tak i w filmie, ważną rolę w fantazjach Richarda gra film "Czas Apokalipsy". „Bohaterowie ‘Czasu Apokalipsy’ i ‘Niebiańskiej plaży’ wyruszają na poszukiwanie kogoś lub czegoś, szukają odpowiedzi. Każdy z nich zagłębia się w jądro ciemności. Kiedy na wyspie pojawiają się intruzi, Richard nie tylko stawia im czoła, lecz także zaspokaja swe pragnienia, żyjąc wedle fantazji ukształtowanych pod wpływem ‘Czasu Apokalipsy’. Kiedy przemierzałem dżunglę w poszukiwaniu plenerów, przed oczami jak żywe stanęły im obrazy wojny w Wietnamie w hollywoodzkim wydaniu. Richard ma obsesję, że gdzieś tam dozna objawienia, znajdzie odpowiedzi na nurtujące go pytania. To oczywisty nonsens. Tajski farmer z plantacji narkotyków pokaże mu, że ziemia należy do niego, a społeczność, która żyje tam w nadziei, że spełnią się jej marzenia - niezależnie od ich natury - popełnia zasadniczy błąd” – mówił Danny Boyle.
Zanim sprawy przybiorą nieciekawy obrót, Richard spotyka członków niezwykłej społeczności. Nieoficjalnym przywódcą jest kobieta o imieniu Sal, która sprawuje pełną kontrolę nad wszystkim i z wielką determinacją walczy, by istnienie wyspy zachować w tajemnicy.
„Sal musiała mieć autorytet i charyzmę, które sprawią, że jasne stanie się, dlaczego członkowie społeczności akceptują ją jako swego przywódcę. Doszliśmy do wniosku, że podobne cechy uosabia Tilda Swinton” - mówił Danny Boyle. Tilda Swinton na krótko przed rozpoczęciem zdjęć urodziła bliźnięta i nie myślała o kolejnej roli, udzielił się jej jednak entuzjazm filmowców: „Nie czytałam książki, ale Danny'emu i Andrew udało się mnie skusić, gdy przyjechali aż do Szkocji, by się ze mną spotkać” - mówi.
Leonardo DiCaprio i Tildzie Swinton partnerują młodzi francuscy aktorzy, Virginie Ledoyen i Guillaume Canet, którym powierzono role Francoise i Etienne'a, turystów towarzyszących Richardowi w wyprawie do raju na wyspie. Francoise staje się obiektem pożądania Richarda, a jej chłopak Etienne jest jedynym człowiekiem na wyspie, który kieruje się niezłomnymi zasadami i reprezentuje glos sumienia społeczności. „Virginie i Guillaume to dwoje najwybitniejszych młodych aktorów francuskiego kina” – mówił Danny Boyle. „Zdumiało mnie to, że świetnie sobie poradzili pracując w obcym kraju. Grali w innym języku, a mimo to bezbłędnie ukazali na ekranie skomplikowane emocje. Wytrzymali wszystko, nawet moją koszmarną francuszczyznę” – dodał ze śmiechem.
Danny Boyle w niezwykły sposób przygotowuje się do realizacji każdego ze swoich filmów. Gromadzi zdjęcia i obrazki, które wpadną mu w oko i wkleja je do specjalnego albumu. Jedno z takich zdjęć przedstawiało młodą kobietę, która zdaniem reżysera wyglądała dokładnie tak, jak powinna wyglądać filmowa Francoise. Kobietą tą okazała się Virginie Ledoyen, o której Boyle wcześniej nie słyszał.
Virginie Ledoyen zaintrygowała propozycja wystąpienia w pierwszym w jej karierze filmie zrealizowanym dla wielkiego studia hollywoodzkiego. Decydujące znaczenie miała jednak dla niej osoba reżysera. „Filmy Danny'ego zaskakują i wywierają niezatarte wrażenie. Niełatwo było mi grać w języku angielskim, ale praca przy wielkim międzynarodowym filmie, z brytyjskim reżyserem, utalentowanym amerykańskim aktorem i filmowcami reprezentującymi tak wiele różnych narodowości, była pasjonującym doświadczeniem. Wszyscy emanowali niezwykłą energią”.
Guillaume Canet przeczytał powieść Alexa Garlanda natychmiast po tym, jak zaproponowano mu zdjęcia próbne. „Książka zachwyciła mnie i byłem podekscytowany już na samą myśl o zdjęciach próbnych.Uwielbiam filmy Danny'ego i praca z nim była dla mnie wielkim wyróżnieniem”.
Niewielką, ale kluczową rolę Daffy'ego, Anglika, który daje Richardowi mapę wskazującą drogę do raju, powierzono Robertowi Carlyle'owi. „Nigdy nie przyszło mi do głowy, by powierzyć tę rolę komu innemu” - mówił Danny Boyle, który pracował z Robertem Carlyle przy "Trainspotting". „Robert potrafi być przerażający i hipnotyzujący, wydawał się więc idealnym odtwórcą roli Daffy'ego, wizjonera, który przekroczył granicę szaleństwa” - dodał. Carlyle wziął dwutygodniowy urlop na planie filmu o przygodach Jamesa Bonda „Świat to za mało”, w którym grał rolę złoczyńcy Renarda i pojechał do Tajlandii, by nakręcić wszystkie swoje sceny.
