Shortland inspirowała się filmami To nie jest kraj dla starych ludzi (2007), Thelma i Louise (1991) i Kapitan Ameryka: Zimowy żołnierz (2014). Obejrzała również filmy ze sztukami walki i te, w których pojawiły się wojska i uzbrojenie, by zwizualizować sobie kobiety w tej roli. W scenach walki odwołała się do kobiecych postaci w filmie Obcy – ósmy pasażer Nostromo (1979) i we franczyzie o Terminatorze.
Casting W styczniu 2009 roku studio rozpoczęło rozmowy z Emily Blunt dotyczące zagrania roli Czarnej Wdowy w filmie Iron Man 2. Aktorka nie mogła jednak przyjąć roli ze względu na jej wcześniejsze zobowiązania związane z filmem Podróże Guliwera. W marcu 2009 roku Scarlett Johansson podpisała kontrakt na rolę Natashy Romanoff / Czarnej Wdowy w filmach franczyzy. Po wydaniu Avengers: Czas Ultrona w 2015 roku aktorka ujawniła, że w jej kontrakcie zwiększono liczbę filmów ze względu na pozytywne przyjęcie jej postaci. W lipcu 2018 roku potwierdzono udział Johansson w solowej produkcji.
W marcu 2019 roku studio rozpoczęło negocjacje z Florence Pugh w sprawie roli w filmie.