В какой-то степени сэр Лоуренс Оливье (1907-1989) согласился на роль в этом фильме ради того, чтобы оставить семье денег, так как знал, что болен раком и долго не протянет. Актёр продолжал курс лечения во время съёмок, что предполагало употребление огромного количества болеутоляющих средств. Болеутоляющие отрицательно действовали на память, и временами Оливье испытывал трудности с запоминанием своих реплик. За работу в фильме Марафонец Оливье был номинирован на Оскар. Скончался актёр только через 13 лет после выхода фильма на экраны.

Продюсер Роберт Эванс видел в роли доктора Шелла одного только Лоуренса Оливье. Актёр, однако, в тот период проходил курс лечения от рака, страховать его никто не брался, и компания Paramount Pictures наотрез отказалась с ним связываться. В отчаянии Эванс связался с близкими друзьями актрисой Мерл Оберон (1911-1979) и актёром Дэвидом Нивеном (1910-1983), и те организовали специальное заседание Палаты лордов (верхняя палата парламента Великобритании), где Эванс лично обратился к парламентариям с просьбой оказать давление на компанию Lloyd's, чтобы та застраховала Оливье. Его замысел увенчался успехом.

Готовясь к роли, Дастин Хоффман сбросил около 7 кг веса. Каждый день актёр пробегал по 6 км.