凡、乔韩森、史坦和麦基皆回归诠释于《美国队长2：酷寒战士》中的角色，而小劳勃·道尼则在该片里饰演东尼·史塔克 / 钢铁人，保罗·贝特尼、杰瑞米·雷纳、唐·奇铎、伊莉莎白·欧森、保罗·路德与威廉·赫特分别担任幻视、克林特·巴顿 / 鹰眼、詹姆士·「罗德」·罗德斯 / 战争机器、汪达·马克希莫夫 / 绯红女巫、史考特·朗恩 / 蚁人及撒迪厄斯·「雷霆」·罗斯，且这些演员都曾在先前的漫威宇宙电影（MCU）中以其角色出演。
轶事.饰演美国队长的克里斯·伊凡在拍摄期间，全是戴着假发和假头皮上阵