Brittiska Knightley kommer att spela huvudrollen, Law hennes man Aleksei Karenin och Aaron Johnson ("Kick-Ass") hennes unga älskare greve Vronsky.
Även Kelly Macdonald, Emily Watson, Domhnall Gleeson, Matthew Macfadyen och Olivia Williams medverkar i dramat som utspelas i 1900-talets Ryssland och handlar om diverse relationer i överklassen.
Tom Stoppard ("Shakespeare in Love") har skrivit manus och regissören Joe Wright gör sin tredje film med Knightley, skriver Entertainment Weekly.
