Подбор актеров для «12 стульев» стал для Леонида Гайдая одним из самых сложных в его карьере. Сценарий картины был одобрен в конце 1969 года. Тогда же начался поиск актеров.
Как вспоминала жена режиссера Нина Гребешкова, первым делом он стал искать Кису Воробьянинова. Гайдай успел перепробовать добрый десяток видных советских актеров и никого не мог утвердить. В частности, отвергнуты были Ростислав Плятт, Анатолий Папанов, Сергей Филиппов, Юрий Никулин. В какой-то момент Гайдай вдруг засомневался: а правильно ли он отверг Филиппова, ведь вроде тот самый типаж, что нужно. В итоге был утвержден именно он, несмотря на то, что у актера была диагностирована опухоль головного мозга.
В 1971 году, перед съёмками «12 стульев», из-за болезни у актёра начались сильные головные боли и поэтому Гайдай пригласил Ростислава Плятта, утвердив его на роль Кисы. Однако сам Филлипов заявил, что будет сниматься в любом случае. Ситуация разрешилась, когда слухи о настойчивом желании актёра дошли до Плятта, и он сам уступил ему роль Кисы. После съемок Филиппов лег на операцию. Она прошла удачно, опухоль была доброкачественной. Потом Сергей Филиппов сыграл у Гайдая еще в 7 фильмах, но роль Кисы Воробьянинова, так и осталась в его жизни единственной главной ролью в кино.
«Определившись с Воробьяниновым, — рассказывала Нина Гребешкова, — Гайдай сосредоточился на Остапе». Режиссер отсмотрел огромное количество проб. По его воспоминаниям только на пленку пробовалось 23 человека, а уж на фото — со всего Союза. В 1972 году, уже после выхода картины, в «Советском экране» была опубликована заметка «12 стульев — 15 претендентов» с фотопробами разных актеров: среди которых были даже Владимир Высоцкий, Алексей Баталов, Владимир Басов, Никита Михалков.
В результате Гайдай выбрал Александра Белявского, однако актер, что называется «потерялся» на фоне фактурного Филлипова. Другим актером, максимально приблизившимся к роли, стал Высоцкий, но у того уже в начале 70-х были серьезные проблемы с алкоголем. Нина Гребешкова рассказывала, что в первый же съемочный день Высоцкий элементарно запил, и Гайдай от греха подальше решил с ним не связываться.
В конце концов роль досталась — Арчилу Гомиашвили, малоизвестному театральному актеру. Еще в 60-е он поставил в Грузии спектакль «Похождения Остапа Бендера» по мотивам «Золотого теленка», причем играл в нем множество ролей: и Бендера, и Корейко, и Паниковского, и Балаганова, и даже Зосю. Он гастролировал с ним по всему Союзу — и в 1970-м в Горьком на спектакль пришел Гайдай. На тот момент Арчилу Михайловичу было уже 44 года — от Гайдая он благоразумно скрыл этот факт, убавив себе десять лет. Гомиашвили можно было поверить — выглядел он довольно моложаво. Из-за сильного грузинского акцента Гомиашвили режиссёр решил переозвучить его роль, и Остап заговорил голосом Юрия Саранцева.
С другими персонажами определились гораздо быстрее. Так Михаил Пуговкин стал отцом Федором. Юрий Никулин был утвержден на роль дворника Тихона. Наталья Варлей пробовалась на Эллочку, но в итоге сыграла скромницу Лизу. Наталья Крачковская стала идеальной мадам Грицацуевой. Гайдай утвердил ее после первой же пробы. Матушку Катерину Александровну, жену отца Федора, сыграла Клара Румянова. Это, пожалуй, самая значительная из полноценных киноролей артистки, которую вся страна знала прежде всего по голосу. Сам Леонид Гайдай, стал архивариусом Коробейниковым.
В целом почти все значительные роли в «12 стульях» исполняют те артисты, которые или уже снимались у Гайдая, или еще будут сниматься в дальнейшем.
