Regia di Todd Haynes vedi scheda film
A dirigere La stanza delle meraviglie è Todd Haynes, acclamato regista indipendente e sceneggiatore statunitense. Nato a Los Angeles il 2 gennaio 1961, Haynes si è interessato sin da piccolo alle arti e ha frequentato la Brown University, laureandosi in Arte e Semiotica. Dopo il college, si è trasferito a New York, dove ha diretto nel 1987 il controverso cortometraggio Superstar: The Karen Carpenter Story usando delle Barbie per raccontare la vita e la morte di Karen Carpenter. Il suo lungometraggio di debutto è arrivato poi nel 1991: il provocatorio Poison è stato accolto con successo al Sundance Film Festival, raccogliendo il Gran premio della giuria. Nel 1995 con Safe ha avuto inizio la sua collaborazione artistica con l'attrice Julianne Moore, scelta successivamente anche per Lontano dal Paradiso e La stanza delle meraviglie. Per la tv, ha diretto nel 2011 un'apprezzata versione di Mildred Pierce, premiata da 21 nomination agli Emmy e 3 Golden Globe.
Protagonisti di La stanza delle meraviglie nei panni di Ben e Rose sono i giovanissimi attori Oakes Fegley e Millicent Simmonds. Noto per aver interpretato Il drago invisibile per la Disney, Fegley è una piccola star già apparsa in Fort Bliss e This Is Where I Leave You al cinema e in Boardwalk Empire e Person of Interest in tv. La Simmonds, invece, è stata scoperta dopo una lunga serie di provini in tutti gli Stati Unit. Sulle spalle della piccola attrice, sorda dalla nascita, pesa metà parte del film che Haynes ha scelto di girare senza sonoro seguendo la prospettiva di Rose. Inseparabile amico di Ben è il piccolo Jamie, che nel film diventa di origini latine (mentre nel romanzo era causaciso) e ha il volto di Jaden Michael, giovanissimo attore la cui carriera è stata lanciata dal programma Sesame Street e consacrata dalla serie The Get Down.
Accanto ai tre giovanissimi attori nei panni dell'attrice Lillian Mayhew e di Rose adulta recita Julianne Moore, premio Oscar per Still Alice. Il cast principale di La stanza delle meraviglie è infine completato dagli attori Cory Michael Smith e Tom Noonan (interpretano Walter, il fratello di Rose, da giovane e da anziano) e Michelle Williams (presta il volto a Elaine, la madre di Ben).