W styczniu 2005 roku studio podpisało umowę z Alvinem Sargentem na napisanie scenariusza do filmu z opcją stworzenia również scenariusza do czwartej części.

Casting Pod koniec lipca 2000 roku Tobey Maguire został obsadzony w tytułowej roli, w grudniu Kirsten Dunst jako Mary Jane Watson. Zarówno Maguire, jak i Dunst podpisali kontrakty na trzy filmy. W marcu 2004 potwierdzono, że Maguire powróci w trzeciej części. W czerwcu Dunst poinformowała, że ten film będzie jej ostatnim. W listopadzie James Franco ujawnił, że powróci jako Harry Osborn.

W marcu 2005 roku Thomas Haden Church dołączył do obsady jako jeden ze złoczyńców. W maju poinformowano, że w filmie wystąpi Topher Grace. W styczniu 2006 roku ujawniono, że Bryce Dallas Howard negocjuje rolę Gwen Stacy, a miesiąc później do obsady dołączył James Cromwell jako George Stacy, ojciec Gwen. Później ujawniono, że Church i Grace zagrają odpowiednio Flinta Marko i Eddiego Brocka.

W 2007 roku ujawniono, że Ben Kingsley negocjował rolę Adriana Toomesa / Vulture’a, jednak postać ta ostatecznie została usunięta ze scenariusza.