Kompletowanie obsady rozpoczęto wiosną 1999, a zakończono pod koniec października, już po rozpoczęciu zdjęć.
Lauren Shuler Donner mówi: "W komiksach występuje wielu wspaniałych bohaterów i złoczyńców. Niełatwo nam przyszło dokonać wyboru postaci, na których się skupimy. Kiedy poradziliśmy sobie z tym, zabraliśmy się za kompletowanie obsady".
Jako pierwszego zaangażowano zawodowego zapaśnika Tylera Mane'a, któremu powierzono rolę siejącego postrach Szablozębego. Mierzący prawie dwa metry wzrostu Tyler Mane mówi: "Zawodowemu zapaśnikowi nietrudno przekształcić się w hollywoodzkiego aktora. Turnieje zapaśnicze rozgrywa się bowiem na otwartym ringu, na którym nie sposób czegokolwiek ukryć - wszyscy wszystko widzą. Każdy zapaśnik kreuje jakąś postać, dzięki czemu nietrudno mu się potem wcielić w rolę aktorską na scenie, czy na ekranie".
Jedynym kandydatem do roli profesora Charlesa Xaviera był Patrick Stewart. Lauren Schuler Donner spotkała aktora kilka lat wcześniej, na planie "Teorii spisku", którą wyreżyserował jej mąż, Richard Donner. Wtedy po raz pierwszy opowiedziała mu o planach przeniesienia na ekran "X-Menów".
Bryan Singer mówi: "Komiksowy profesor Xavier jest uderzająco podobny do Patricka Stewarta. Co więcej, Patrick to niezwykle utalentowany aktor. Ma odpowiednią prezencję i doskonałe wyczucie, co czyni z niego wymarzonego odtwórcę roli Xaviera".
Patrick Stewart, któremu popularność przyniosła rola kapitana Jean-Luc Picarda z serialu "Star Trek: Następne pokolenie", mówi: "I pomyśleć, że znów gram bohatera obdarzonego autorytetem! Odkąd sięgam pamięcią, wiecznie grywam królów, kapitanów, imperatorów, szefów partii, liderów związkowych, prezydentów, generałów... Nie ma chyba munduru, którego nie nosiłbym na planie. Teraz gram Xaviera, przywódcę 'mutantów'. Ironia polega na tym, że nie mam w sobie nic z autorytetu".
Patrick Stewart spotkał na planie "X-Menów" swego starego przyjaciela z czasów Royal Shakespeare Company, Iana McKellena. Jak mówi: "Spędziliśmy w zespole RSC ładnych kilka lat, ale dane nam było występować razem tylko w jednym spektaklu i to zaledwie przez kilka dni. Wiele nas jednak łączy. Jesteśmy w jednym wieku, razem robiliśmy karierę, pochodzimy z tej samej części Anglii i pod wieloma względami mamy podobne korzenie".
Ian McKellen mówi: "Co to był za ubaw! Wyobraźcie sobie tylko dwóch brytyjskich aktorów w średnim wieku, którzy starają się wyzbyć angielskiego akcentu po to, by móc stawić sobie czoła w świecie fantazji!".
"X-Men" to drugi po "Uczniu szatana" wspólny film Bryana Singera i Iana McKellena. Aktor mówi: "Uwielbiam Bryana, jesteśmy dobrymi przyjaciółmi. Ma wyrobiony smak i wie, czego chce. Intryguje mnie świat 'mutantów', bo w pewnym sensie można mnie uznać za 'mutanta'. Jestem bowiem gejem, często więc spotykam ludzi, którzy uważają, że jestem za bardzo niebezpieczny, niezwykły lub nienormalny, by pozwolić mi żyć w społeczeństwie. Z filmowymi 'mutantami' mogą się identyfikować nie tylko geje, ale i przedstawiciele innych mniejszości. Zdecydowałem się przyjąć rolę w tym filmie, bo jego bohaterowie przeżywają moralne dylematy godne Szekspira. Sądzę, że nie ma przesady w stwierdzeniu, że 'X-Meni' wiele zawdzięczają Bardowi. To epicki film przygodowy, który zdradza wielką wyobraźnię i porusza niebłahe problemy".
Stewartowi i McKellenowi partneruje James Marsden w roli Cyklopa, w życiu prywatnym zapalony kinoman. Aktor mówi: "Dorastałem w Oklahomie oglądając mnóstwo filmów, a Patrick Stewart i Ian McKellen należeli do grona moich największych idoli. Nigdy nie przyszło mi do głowy, że kiedykolwiek spotkam się z nimi na planie. Był to dla mnie wielki zaszczyt, a jednocześnie okazja, by czegoś się nauczyć".
Latem 1999 roku role w "X-Menach" objęli Famke Janssen (Jean Grey), nagrodzona Oscarem za "Fortepian" Anna Paquin (Ruda), Rebecca Romijn-Stamos (Mystique), Ray Park (Ropuch), Bruce Davison (senator Robert Kelly) i Halle Berry (Sztorm).
Lauren Shuler Donner mówi: "To, że udało nam się pozyskać tylu znakomitych aktorów, zawdzięczamy Bryanowi. Dzięki niemu zrozumieli oni, że 'X-Meni' nie będą kolejną ekranizacją komiksu, a filmem o dużo bardziej złożonej dramaturgii, pełnym odniesień do naszej rzeczywistości".
Halle Berry mówi: "'X-Meni' są dla mnie filmem o akceptacji i tolerancji. Gram Sztorm, jedyną czarnoskórą postać w filmie i cieszę się, że obdarzono ją tak niezwykłą osobowością i mocą. Storm jest sumieniem grupy, jest silna, a zarazem wrażliwa. Uważam ją za wspaniały wzór do naśladowania".
Famke Janssen mówi: "Nie uważam naszego filmu za ekranizację komiksu, choć wielu widzów tak go pewnie zaszufladkuje. Bryan Singer wykroczył poza schematy, które zwykły się nam kojarzyć z tym gatunkiem. Nakręcił film dla wszystkich".
Pod koniec września 1999 twórcy stanęli w obliczu poważnego problemu. Zakładali bowiem, że Dougray Scott ("Długo i szczęśliwie"), którego obsadzili w roli Rosomaka, zakończy pracę nad "Mission: Impossible 2" z końcem października i w listopadzie zjawi się na planie "X-Menów" w Toronto. Tymczasem okazało się, że zdjęcia do "Mission" nie zakończą się w przewidzianym terminie, a tym samym Scott nie będzie mógł objąć roli.
Rolę Rosomaka powierzono więc Hugh Jackmanowi, który od kilku lat odnosi spore sukcesy na scenach w Londynie i Australii. Aktor przyznaje, że o fenomenie "X-Menów" dowiedział się dopiero podczas zdjęć próbnych. Jak mówi: "Kiedy wylądowałem na lotnisku w Toronto, powiedziałem celnikowi, że biorę udział w zdjęciach próbnych do ekranizacji 'X-Menów'. Zapytał mnie, jaką rolę mam zagrać, a ja odpowiedziałem, że Rosomaka. 'Rosomaka!!!' - wykrzyknął na całe gardło prosząc mnie o autograf. Na nic zdały się wyjaśnienia, że to tylko zdjęcia próbne. W tej chwili zrozumiałem, na czym polega fenomen 'X-Menów' i kim jest dla fanów bohater, którego miałem zagrać".
Istotną rolę w rozwoju akcji pełnią relacje łączące Rosomaka i nastoletnią Rudą. Oboje marzą o czymś, co wydaje się poza ich zasięgiem. Rosomak pragnie poznać swą przeszłość, której nie pamięta, a Ruda marzy, by cieszyć się młodością jak każda "normalna" nastolatka. Grająca Rudą Anna Paquin mówi: "Ruda przechodzi przez trudny okres dojrzewania, który wiąże się dla niej z niewyobrażalnym koszmarem. Jest bowiem 'mutantką' i nie może dotknąć drugiej osoby z obawy o jej życie".
