Stephan Wojtowicz et David Salles ont tous deux été pistonnés pour leur second rôle dans le film. Le premier par Cécile de France et le deuxième par Fred Testot. David Salles est également humoriste.
L'acteur Foued Nassah retrouve ici Nicolas Boukhrief, qui l'avait dirigé dans Le Plaisir (et ses petits tracas). A noter également que l'acteur a joué un second rôle dans Un prophète de Jacques Audiard.
Le musicien espagnol Curro Savoy, qui s'est occupé du thème sifflé du film écrit par Nicolas Baby, avait déjà interprété celui de Vanessa Paradis dans le spot télévisé réalisé par Jean-Paul Goude en 1990 pour Coco Chanel. Il est réputé comme étant l'un des meilleurs siffleurs du monde.
Pour la musique, Nicolas Boukhrief a retrouvé son compositeur fétiche Nicolas Baby, avec lequel il avait déjà travaillé sur Cortex, Le Convoyeur et Le Plaisir (et ses petits tracas). Gardiens de l'ordre comprenant plusieurs scènes se déroulant dans des clubs, le réalisateur explique avoir voulu faire en sorte que la musique du film soit la plus authentique possible : "Je tenais à ce que les musiques de club soient chics et crédibles et, pour cela, il fallait tourner en live avec les musiques que nous utiliserions ensuite au mixage. Ce n’est pas une mince affaire, mais exaltant à mettre en place, tant pour les acteurs que les techniciens et les figurants." L’équipe du film a également fait appel à une société experte en musiques électroniques (THE : HOURS), laquelle a apporté ses conseils par rapport à la sélection et à la création des morceaux de musique du film.
Cécile de France s'est engagée sur ce film à la suite de sa rencontre avec Nicolas Boukhrief, avant même d'en avoir lu le scénario.
Pour interpréter leur personnage de policier, Cécile de France et Fred Testot se sont entraînés au tir et aux techniques d'auto-défense avec Gaëlle Cohen, qui a coordonné les cascades et les combats d'un grand nombre de films connus, comme par exemple Martyrs, Rush Hour 3 ou OSS 117, Le Caire nid d'espions. C'est aussi la troisième fois qu'elle travaille avec Cécile de France, après Où est la main de l'homme sans tête et Un secret.
Pour interpréter son personnage de dealer, Julien Boisselier s'est inspiré du parcours de l'une de ses anciennes connaissances, un fils de famille bourgeoise qui, convaincu qu'il était le vilain petit canard de sa famille, est devenu délinquant. L'acteur, familier du monde de la nuit, explique avoir construit son personnage en s'appuyant sur ses (brèves) rencontres avec de vrais gangsters, qu'il a croisés dans des boîtes de nuit. Julien Boisselier insiste également sur le côté "éduqué" de son personnage : "Mon personnage a ainsi une certaine éducation qui lui permet de rentrer plus facilement dans le système pour mieux le détourner. J’ai essayé d’en faire un véritable « bandit moderne".
Nicolas Boukhrief retrouve ici Dominique Colin, le directeur de la photographie avec qui il avait déjà travaillé sur Cortex et Le Convoyeur. Au départ sceptique, le réalisateur s'est finalement laissé convaincre par son chef opérateur pour se servir du support HD, idéal pour rendre compte du monde de la nuit tellement présent dans le film : "Dès le premier jour, ce support s’est avéré le bon. Tant pour des raisons esthétiques qu‘économiques. La HD nous a permis de tourner dans bon nombre de lieux où nous n’aurions pas eu accès autrement ou pour lesquels il nous aurait fallu beaucoup plus de moyens pour parvenir à une image satisfaisante. Et puis, l’un des enjeux très excitants de la HD, c’est que la caméra « voit tout ». En tous cas, bien plus de choses qu’une caméra 35mm dont la pellicule chimique peut adoucir parfois une réalité trop crue."
Gardiens de l'ordre est le cinquième film réalisé par Nicolas Boukhrief. Dans un entretien, le réalisateur explique que c'est en lisant un article du "Parisien" racontant l'arrivée d'une drogue décuplant l'agressivité de celui qui la consomme, que lui est venue l'idée d'écrire cette histoire. A partir de ce fait divers, il a commencé à développer une intrigue racontant l'histoire d'un policier solitaire qui, après avoir assisté à une fusillade provoquée par ce type de substance, va chercher à enquêter sur cette drogue : "J’ai raconté ce pitch à Sylvie Pialat, la productrice, qui, tout en se montrant intéressée, a souligné que le principe d’un enquêteur solitaire était quelque peu une redite de Cortex et du Convoyeur, mes films précédents. A ses yeux, cette histoire, manquait d’un personnage féminin. C’est alors qu’avec Dan Sasson, le scénariste, nous avons décidé d’axer le film sur un couple de policiers. Ce qui nous est très vite apparu comme une manière bien moins sombre d’aborder cette histoire."
Julien Boisselier retrouve ici Nicolas Boukhrief pour la troisième fois, après Cortex et Le Convoyeur. L'acteur parle de sa relation avec le metteur en scène : "Quand il m’a dit qu’il me verrait bien en méchant dans son prochain film, je savais qu’il ne lâcherait pas l’affaire. Quelques mois après la sortie de Cortex, il m’appelait pour me dire qu’il voulait faire un polar avec une « drogue fluo ». Puis, de fil en aiguille, il m’a proposé le rôle du « bad guy ». Et c’est la première fois de ma vie, à la lecture d’un scénario, que je me suis dit qu’il n’y avait pas une seule phrase à changer sur mon rôle. Je sentais vraiment qu’il l’avait écrit pour moi, avec ma propre musicalité. Donc, comme le travail était déjà simplifié, ça a été assez facile pour moi de rentrer dans la peau du personnage."
La présence de Fred Testot dans ce film peut sembler être un choix curieux, mais ce n'est pas la première fois que Nicolas Boukhrief utilise un acteur réputé comique pour un rôle sérieux, puisque dans Le Convoyeur, Jean Dujardin et Albert Dupontel avaient les rôles principaux. Fred Testot revient sur l'ambiance (détendue) du tournage : "En fait, tu rigoles plus entre les prises quand tu tournes un film sérieux que lorsque tu fais une comédie. D’autant que le costume de gardien de la paix a généré quelques situations cocasses. En allant d’un décor à l’autre dans les rues, je voyais dans les yeux des passants qu’ils me prenaient pour un vrai flic, certains me demandaient même leur chemin!"