Apesar do título original "the first avenger" (traduzindo, o primeiro vingador), este foi o último filme solo de um integrante do grupo Vingadores antes de Os Vingadores (2012).
A primeira escolha da Marvel para dirigir Capitão América foi Jon Favreau, mas ele preferiu assumir o comando de Homem de Ferro (2008). Nick Cassavetes também esteve cotado.
O diretor Louis Leterrier viu a arte conceitual do filme e ficou tão impressionado que se ofereceu para ser o diretor. A Marvel recusou.
Joe Johnston foi escolhido como diretor devido ao seu trabalho em filmes de época, como Rocketeer (1991) e O Céu de Outubro (1999).
De início, Sam Worthington e Will Smith foram cogitados como intérpretes do Capitão América.
Garreth Hedlund, Channing Tatum, Scott Porter, Mike Vogel, Ryan Phillippe, Sebastian Stan, Wilson Bethel, John Krasinski, Michael Cassidy, Chace Crawford, Jensen Ackles, Kellan Lutz e Alexander Skarsgard também realizaram testes.
Chris Evans recusou o papel por três vezes, até enfim ser convencido. Neste período ele teve reuniões com o diretor Joe Johnston e produtores do filme.
Esse não é o primeiro super-herói da Marvel interpretado pelo ator. Ele foi Johnny Storm/Tocha Humana em Quarteto Fantástico (2005) e Quarteto Fantástico e o Surfista Prateado (2007).
Além destes, Chris Evans esteve em outros dois filmes baseados em histórias em quadrinhos: Os Perdedores (2010) e Scott Pilgrim Contra o Mundo (2010).
A personagem Peggy Carter foi oferecida a Emily Blunt, que a recusou.
Keira Knightley e Alice Eve também estiveram cotadas. Hayley Atwell, que ficou com o papel, fez um intenso treinamento, seis dias por semana.
Hugo Weaving baseou o sotaque alemão de seu personagem, o Caveira Vermelha, no diretor Werner Herzog e no ator Klaus Maria Brandauer.
Havia a intenção de que Capitão América contasse com participações especiais de Wolverine e Magneto, personagens da Marvel que também estiveram na 2ª Guerra Mundial. Entretanto, como os direitos cinematográficos dos personagens foram cedidos à 20th Century Fox, a ideia teve que ser abortada.
Este é o quinto filme com atores protagonizado pelo Capitão América. Os demais foram Capitão América (1944), Capitão América (1979), Capitão América 2 (1979) e Capitão América - O Filme (1990).