《花木兰》的选角时间长达一年多，片方广撒网，在全球征选合适的年轻女演员来参与试镜。因为是来自中国的民间传说，所以选角的第一标准便是中国面孔，另外，根据花木兰的身份设定，武打动作也成为必备的技能。英语流利、具有公主气质也涵盖进衡量的因素中。

在导演曝光的选角视频中，可以看到演员蓝盈莹、杨采钰、窦靖童都参与了试镜，刘亦菲由于撞档期晚去了一年，但最终她成为导演眼中的“花木兰”。这样公开公正的选角方式也得到了影迷们的称赞，既可以让大众公开了解到试镜过程，也消解了刘亦菲是否有背后资源才被选上的疑问。

导演妮琪卡罗表示，选角最初从中国开始，然后扩大到全世界，直到最后才选定了刘亦菲。视频中她对刘亦菲的评价相当高，认为她“舞剑可以大杀四方，又美得惊人。长得足够俊朗，可以毫无违和地装扮男人”。留学的背景加上曾经饰演过《神雕侠侣》《四大名捕》系列，与成龙、李连杰都有过合作，让刘亦菲成为当之无愧的人选。再加上她刻苦的精神，令好莱坞工作人员赞赏有加。在一档美国的采访节目中，主持透露《花木兰》中90%的特效工作由刘亦菲亲自上阵完成，在拍摄之前，她进行了为期3个月、每天7个小时的训练。晚综