吴京
饰 刘培强
屈楚萧
饰 刘启(户口)
李光洁
饰 王磊
吴孟达
饰 韩子昂
赵今麦
饰 韩朵朵
隋凯
饰 蒂姆 Tim
屈菁菁
饰 周倩(丫头)
张亦驰
饰 李一一
杨皓宇
饰 何连科
阿尔卡基·沙罗格拉茨基
饰 马卡洛夫
李虹辰
饰 张小强
杨轶
饰 溜子(杨捷)
姜志刚
饰 赵志刚
张欢
饰 黄明
雷佳音
饰 一哥
宁浩
饰 二叔
刘慈欣
饰 空间站军官甲
郭京飞
饰 空间站军官乙
王智
饰 刘启母亲 / 韩朵朵
张子贤
饰 黄国盛
路阳
饰 安检甲
张宁
饰 安检乙
张小北
饰 轨道车司机
饶晓志
饰 空间站工程师甲
陶珞依
饰 教师
吴晓亮
饰 中国救援队员甲
龚格尔
饰 补给站预警甲
郭帆
饰 叉车司机
陈叶生
饰 一哥小弟
于文龙
饰 补给站预警乙
金龙
饰 空间站工程师乙
郭赫轩
饰 幼年刘启
王一斐
饰 幼年韩朵朵
李卓钊
饰 少年刘启
宿北宸
饰 年轻韩子昂
白雪
饰 美国救援队员
高岛真一
饰 日本救援队员甲
马牛
饰 修理厂警察甲
刘晓宇
饰 修理厂警察乙
沈晶晶
饰 栈桥外骨骼士兵
詹卢卡·佐帕
饰 Astronaut in Space Station
马文·布韦
饰 French Resistant
刘萱琳
饰 女领航员
傅晓明
饰 女护士
陈烁
米娅·迪奥普
宣晓鸣
配 韩子昂
刘琮
配 MOSS
刘若班
配 旁白
姜小亮
杨婧
王宇航
丁冠中
吴楚越
林浪
张树彬
赵一龙
饰 安检丙