W kwietniu 2013 roku ujawniono, że J. August Richards wystąpi w serialu w roli Mike’a Petersona. W lipcu tego samego roku do obsady dołączył David Conrad jako Ian Quinn, natomiast we wrześniu Ruth Negga jako Raina. W listopadzie 2013 roku ujawniono, że Saffron Burrows zagra Victorię Hand. W styczniu 2014 Bill Paxton został obsadzony w roli Johna Garretta, natomiast w lutym B.J. Britt jako Antoine Triplett.
W styczniu 2013 roku Cobie Smulders, która wystąpiła jako Maria Hill w filmie Avengers poinformowała, że pojawi się w serialu. W czerwcu 2013 roku Samuel L. Jackson, który gra w filmach MCU postać dyrektora Nicka Fury’ego wyraził zainteresowanie gościnnym występem w serialu, ostatecznie wystąpił on w dwóch odcinkach sezonu. W październiku 2013 roku ujawniono, że Maximiliano Hernández powtórzy rolę Jaspera Sitwella z filmów, a Titus Welliver rolę Felixa Blake’a z Marvel One-Shots. W marcu 2014 roku poinformowano, że Jaimie Alexander wystąpi gościnnie jako Sif.
Zdjęcia i postprodukcja Zdjęcia do pierwszego sezonu realizowane był w większości w Los Angeles i Culver City w Kalifornii.