Cillian Murphy está no papel principal do filme, focado em J. Robert Oppenheimer, criador da bomba atômica. Emily Blunt interpretará Katherine Oppenheimer Vissering, esposa de Oppenheimer. Robert Downey Jr. é Lewis Strauss, comissário de energia atômica que foi contra os trabalhos de Oppenheimer e Matt Damon será o Tenente General Leslie Groves, diretor do projeto Manhattan que gerou a bomba.

Florence Pugh, Benny Safdie, Rami Malek, Dane DeHaan, Matthew Modine, Jack Quaid, Alden Ehreinrech, David Krumholtz, Kenneth Branagh, Tony Goldwyn, David Dastmalchian, Olivia Thirlby, David Rysdahl, Josh Harnett, Josh Peck, Matthias Schweighöfer, Gustaf Skarsgard e Alex Wolff completam o elenco.

A Universal Pictures vai produzir o filme, depois que Nolan negociou com diversos estúdios após deixar a Warner Bros. O orçamento do longa é de US$ 100 milhões e, como parte do acordo do diretor, ele terá uma janela de exclusividade de 90 a 120 dias no cinema antes de ir para outro formato.

Outros colaboradores de Nolan estarão de volta. Hoyte van Hoytema, diretor de fotografia de Dunkirk, TENET e Interestelar, vai filmar Oppenheimer, com Jennifer Lame e Ludwig Göransson, respectivamente editora e compositor de TENET, também retornam.

Oppenheimer estreia nos cinemas norte-americanos em 21 de julho de 2023.