O jornal New York Times mostrou todos os nomes que foram cogitados para o elenco de Chicago antes que Catherine Zeta-Jones, Renée Zellweger, Richard Gere e Queen Latifah foram escolhidos. Zeta-Jones como Velma Kelly foi uma decisão fácil, segundo o diretor Rob Marshall, por conta de toda sua experiência em canto e dança. Para o papel do advogado Billy Flynn, o primeiro nome da lista era o do Wolverine de X-Men, Hugh Jackman, mas o ator achou que era muito jovem para o papel. Outros nomes cogitados foram os de Kevin Kline (ele achou que o personagem era muito "negativo") e Kevin Spacey (ele queria guardar seus talentos musicais para um filme sobre o cantor Bobby Darin, que vai começar a rodar em breve). Na época em que Martin Scorsese foi cogitado para dirigir a fita, sua opção para o papel era Robert De Niro.
O mais difícil, segundo o New York Times, foi escolher a atriz que faria o papel de Roxie Hart. Mais de dez anos atrás, quando o projeto começou a sair do papel, a personagem passou pelas mãos de Goldie Hawn e Madonna. No fim das contas, o produtor Marty Richards achou que precisava de uma atriz jovem.
Charlize Theron passou a ser a preferida, mas o projeto não saiu do papel. O diretor ficou encantado com o teste de Toni Collette, mas o produtor achou que ela não era conhecida o suficiente para estrelar um filme. Zellweger era o "plano B".
Para o papel de Mama Morton, Marshall queria Kathy Bates. Weinstein estava convencido de que a atriz perfeita para o papel seria a rapper Queen Latifah e fez com que sua vontade fosse respeitada. A cantora levou três testes para convencer o diretor. A apresentadora de talk-show Rosie O’Donnell também foi cogitada para interpretar a personagem, na época em que Madonna "tinha" o papel principal.
