C'est Maria Riva, la propre fille de Marlene Dietrich, qui joue le rôle de Catherine II enfant.
L'Impératrice rouge (1934) marque la sixième et avant-dernière collaboration entre le réalisateur Josef von Sternberg et Marlene Dietrich. C'est sous sa direction que l'actrice a été immortalisée dans L'Ange bleu (1930).
Dans L'Impératrice rouge, Sam Jaffe incarne le grand-duc Pierre. Il s'agit de son premier rôle au cinéma. L'acteur américain se retrouvera plus tard à l'affiche de classiques tels Ben-Hur, Le Jour où la Terre s'arrêta ou encore Quand la ville dort de John Huston.