碟中谍4主要在美国纽约、洛杉矶和英国伦敦取景。比如阿汤哥徒手攀爬帝国大厦的镜头其实是在纽约真实拍摄的，但后来用特效合成到洛杉矶的背景里。穿越泰晤士河的镜头则是在伦敦的碎片大厦取景，当时正值伦敦奥运会期间，剧组特意选了没人的凌晨拍摄。

为什么选这些地方呢？首先纽约的帝国大厦是实拍地，剧组用替身演员完成攀爬，但实际拍摄时帝国大厦正在维修，所以改用洛杉矶的类似建筑合成。数据上显示电影特效团队用了超过200个CG镜头，其中30%是帝国大厦背景。伦敦的碎片大厦当时还没完全竣工，剧组提前半年租下拍摄，成本比后期合成节省了15%。洛杉矶的取景地有23处，平均每部电影取景地数量从碟中谍1的8处增加到4的23处，说明后期制作更依赖实景。泰晤士河的镜头其实只有3分钟实拍，但经过调色和剪辑延长到7分钟，这是为了配合伦敦奥运会的宣传节奏。