No elenco estão Tom Cruise (reprisando o papel de Ethan Hunt), Ving Rhames (pela terceira vez na série como o hacker Luther Stickell), Michelle Monaghan (Acontece nas melhores famílias), Jonathan Rhys-Meyers (Driblando o destino) e o recém-anunciado Philip Seymour Hoffman (A última noite, Embriagado de amor). Novos membros do elenco devem ser anunciados até o início das filmagens.
Dirigido por J.J. Abrams (produtor das telesséries Alias e Lost), M:I-3 tem lançamento previsto para 5 de maio de 2006