该片是今年3月21日在亚特兰大开拍的，之后搬到了华盛顿特区也拍摄部分场景。正在进行的编剧罢工影响了漫威影业多部作品，但《美国队长4》剧本比较早就确定，因此没有因此延误拍摄。

除了安东尼·麦凯饰演“美队”萨姆·威尔逊，哈里森·福特新加盟饰演罗斯将军，丽芙·泰勒继《无敌浩克》后回归饰演贝蒂·罗斯，卡尔·卢波利、丹尼·拉米雷斯、蒂姆·布雷克·尼尔森、茜拉·哈斯等也出演，朱利叶斯·约拿(《科洛弗悖论》《卢斯》)执导。