Après Emmanuelle Béart dans Mission: Impossible (1996), c'est au tour de sa compatriote française Léa Seydoux d'incarner une femme fatale qui jouera de ses charmes sur Tom Cruise, qui reprend le rôle de l'espion Ethan Hunt pour une quatrième fois.
La séduisante actrice de 25 ans, déjà vue à Hollywood dans Robin Hood (2010) de Ridley Scott, ajoute son nom à une distribution à saveur internationale qui compte déjà l'Indien Anil Kapoor (Slumdog Millionaire) et le Suédois Michael Nyqvist (Millénium). Réalisé par l'as de Pixar, Brad Bird, Mission: Impossible 4 est actuellement en tournage en vue d'une sortie en salle le 16 décembre 2011.