Jean-Pierre Melville avait initialement prévu un autre casting pour Le Cercle rouge : Lino Ventura dans le rôle de Mattéi, Paul Meurisse pour Jansen et Jean-Paul Belmondo pour de Vogel.
Jean-Pierre Melville cite dans son film une phrase de Krishna qui explique le titre du Cercle rouge : Quand des hommes même s'ils s'ignorent, doivent se retrouver un jour, tout peut arriver à chacun d'entre eux, et ils peuvent suivre des chemins divergents. Au jour dit inexorablement, ils seront réunis dans le cercle rouge."
Bourvil interprète l'un de ses rares rôles dramatiques après Le Miroir a deux faces (1958) et L'Arbre de Noël (1969). Pour la première fois de sa carrière, il est crédité au générique avec son nom et son prénom : André Bourvil. Il décédera peu de temps après le tournage.
Comme dans Le Deuxieme Souffle, Melville signe ici un film d'hommes, au sens premier du terme, puisque aucun personnage féminin n'apparaît à l'écran.
Alain Delon joue ici pour la deuxième fois sous la direction de Jean-Pierre Melville après Le Samouraï (1967). Ils travailleront encore ensemble sur Un flic (1972).
Comme Alain Delon, François Périer avait déjà travaillé avec Jean-Pierre Melville à l'occasion du Samouraï. Mais contrairement au Samouraï où il interprétait un rôle de policier, il joue ici un rôle de truand.