Съемки фильма проходят в настоящее время в Праге. Главную роль в картине, как и во всех предыдущих частях, исполняет Том Круз. На снимках он предстает в форме российского военнослужащего и с накладными усами.
Вместе с Крузом в фильме снимутся Винг Рэймз, Джереми Реннер, Саймон Пегг и Владимир Машков. Главного антагониста сыграет актер Микаэл Нюквист, известный по главной роли в шведской экранизации детективной трилогии Стига Ларссона «Миллениум».
Режиссером фильма «Миссия невыполнима 4» является Брэд Берд, ранее работавший над мультфильмами «Рататуй» и «Суперсемейка».
После Праги съемочная группа будет работать в Ванкувере и Дубае. Фильм должен выйти в прокат декабре 2011 года.