Das Stimmen-Casting fand parallel zur Entwicklung der Animation statt. Satrapi: „Wir wollten die Stimmen noch vor dem eigentlichen Shooting aufnehmen, damit die Animationen, Bewegungen und Gesichtsausdrücke auch genau mit den Dialogen und der Darstellung der Sprecher übereinstimmten“. Dass sie tatsächlich auf ihre Wunschbesetzung bauen konnte, verdankt Satrapi dabei ihrem zeichnerischen Talent. Catherine Deneuve, welche die Rolle der Mutter übernahm, hatte sich bereits als großer Fan der Bücher geoutet: „Die Frische, Ambition und der Erfolg ihrer Arbeit erinnerten mich wie auch das eindrucksvolle Statement, das sie transportiert, an Art Spiegelmanns „Maus“ (…) Ich liebte es so sehr, dass ich in einem Zeitungsinterview sogar bekannte, Marjane sei meine absolute Lieblingsautorin. Als ich vor drei Jahren dann von der Vogue für eine Sonderausgabe als Chefredakteurin bestellt wurde, fragte ich sie, ob sie mitmacht. Sie hat einen komplett unkonventionellen einseitigen Comicstrip gestaltet, den ich einfach wahnsinnig komisch fand.“ Mit der französischen Leinwandgöttin war gleichzeitig auch das nächste Besetzungsproblem gelöst. Chiara Mastroianni, Sängerin, Schauspielerin und Tochter der Deneuve, zeigte sich begeistert vom Angebot, Marjane in Teenagerjahren und als Erwachsene zu sprechen: „Ich hatte zuvor schon länger darüber nachgedacht, einem Animationsfilm meine Stimme zu leihen. Als meine Mutter mir gegenüber PERSEPOLIS erwähnte, rief ich Marjane an und bat sie um einen Vorsprechtermin.“ Die dritte im Bunde war Danielle Darrieux, von der Satrapi als Idealbesetzung bereits geträumt hatte. Auch die Grande Dame des französischen Film sagte begeistert zu: „Was Marjane durchmachen musste, ist schrecklich. Wenn man so viel ertragen hat und trotzdem noch darüber lachen kann, dann ist das schon einmalig. Vielleicht ist es das, was ihr diesen offenen und freundlichen Blick gibt, diese Energie und gleichzeitig auch Nachdenklichkeit. Sich an der Originalvorlage orientierend, werden die Stimmen im Deutschen ebenfalls mit prominenten Darstellern besetzt.