El 15 de mayo de 2014 se dio a conocer que John Barrowman fue ascendido al elenco principal de la serie para la tercera temporada. También fue confirmado el regreso de Caity Lotz y David Nykl como Sara Lance y Anatoli Knyazev, respectivamente.
A principios de julio de 2014, fueron anunciadas las incorporaciones de Devon Aoki como Tatsu Yamashiro, una experta en artes marciales y mentora de Oliver; Karl Yune como Maseo Yamashiro, un experto en armamento y combate y esposo de Tatsu; Peter Stormare como Werner Zytle, el nuevo traficante de vértigo en Starling City; y Brandon Routh como Ray Palmer, el nuevo dueño de Queen Consolidated e interés amoroso de Felicity.
