Al igual que ocurre con todas las películas de la factoría Marvel, su creador, Stan Lee, realiza un cameo en el filme.
La primera opción para interpretar a Lobezno fue el actor Russell Crowe, quien pidió un aumento de sueldo y se quedó fuera del proyecto. Otros nombres que se barajaron fueron los de Aaron Eckhart, Jean-Claude Van Damme, Viggo Mortensen y Edward Norton.
El maquillaje de la actriz Rebecca Romijn, que interpreta a Mística, consistía en 110 prótesis de diseño personalizado que cubrían el 60% de su cuerpo y llevaba nueves horas aplicarlas. No podía beber vino, usar cremas para la piel o volar el día antes del rodaje para evitar que se causáran cambios en la química del cuerpo, haciendo que la prótesis se desprendiera.
Hugh Jackman tomaba duchas de agua helada cada mañana antes de comenzar el rodaje como estrategia para entrar en su personaje. Esta rutina comenzó cuando una mañana a las 5 am se dio cuenta de que no había agua caliente. A pesar del shock al contacto con el agua fría, no quería despertar a su mujer así que apretaba los dientes y se aguantaba. Más tarde se dio cuenta de que esta situación (la sensación de querer gritar, pero no poder) era el estado en el que Lobezno se encuentra continuamente. Fue entonces cuando decidió tomar duchas de agua helada cada mañana para preparar a su personaje.
La escena en la estación de trenes en la que un niño sonríe a Cíclope y éste le devuelve la sonrisa no estaba planeada. El niño era un gran fan de X-Men y Cíclope era su favorito. La escena en un principio estaba pensada para que Cíclpe mirára el horario de los trenes, pero según Bryan Singer ese niño no podía parar de sonreír a James Marsden. Finalmente, durante una toma, Marsden miró hacia atrás y le sonrió, para sorpresa del chico. Al director le gustó tanto la idea que la mantuvo en la película y dijo a la actriz que interpretaba a la madre del chico que reaccionara de la forma en la que lo hizo.
Poco después de aceptar su papel como Magneto, Ian McKellen recibió una oferta para el papel de Gandalf en El señor de los anillos, que en un principio tuvo que rechazar. Habló con Bryan Singer sobre su interés por hacer El señor de los anillos y el director estuvo de acuerdo en reorganizar el rodaje de X-Men para que McKellen pudiera terminar sus escenas para cuando acabara 1999 y que así pudiera viajar a Nueva Zelanda en enero del 2000, lugar en el que se estaba rodando esta primera entrega de la saga.
Ni el actor Patrick Stewart ni Ian McKellen sabían cómo jugar al ajedrez durante el rodaje.
La mayoría de los efectos especiales en los ojos fueron creados simplemente a través de lentillas que usaban los actores. Sin embargo, el reparto encontraba estas lentillas incómodas e incluso peligrosas. Rebecca Romijn solo se podía ponas las lentillas de Mística durante una hora y solo tenía un 10% de visión; Tyler Mane se las puso durante demasiado tiempo y se quedó ciego durante un día; y Halle Berry solo se las puso una vez y las encontró insoportables.
Para celebrar el último día de rodaje, Rebecca Romijn llevó una botella de tequila que compartió con todo el reparto y el equipo en el set de rodaje. Desgraciadamente, ese día tenía que rodar la escena en la que Mística se enfrenta a Lobezno, y vomitó encima de Hugh Jackman un vómito color azul debido a las sustancias químicas de su maquillaje.
Patrick Stewart fue el primer actor contratado para un papel de mutante y, de hecho, él era un gran fan de Professor X desde los años noventa.
La mansión que se utiliza como la escuela privada de Xavier, sirvió también como la mansión Madison en Billy Madison (1995) y como la mansión de Luthor en Smallville (2001).
Esta es la única película en la que Tormenta tiene un acento de Kenia, indicando su nacionalidad como indican los comics. Para las demás entregas, Halle Berry utilizó su propio acento americano.
Para poder mantener el look de Mística en secreto, la actriz Rebecca Romijn tuvo que estar aislada en una habitación sin ventanas cuando no era necesario rodar: "No tenía casi contacto con el resto del reparto, fue como hacer una película totalmente diferente a la del resto. Era un infierno".