饰演尼克·福瑞，蔻碧·史莫德饰演玛莉亚·希尔，威廉·赫特饰演撒迪厄斯·E·「雷霆」·罗斯，雅各布·贝塔隆饰演。凯瑞·康顿声演东尼的人工智能管家（），饰演作为宝石看守者的红骷髅。另外，、和分别以动作捕捉方式饰演乌木喉、黑曜猎手和亡刃，唯独前集中由饰演的暗夜比邻星，这次全部由替身演员扮演。其他从系列前作电影中回归的演员包括伊凡洁琳·莉莉饰演／黄蜂女，麦克·道格拉斯饰演汉克·皮姆，蜜雪儿·菲佛饰演珍妮特·汎戴茵。泰莎·汤普森饰演瓦尔基丽，蒂妲·史云顿饰演古一，塔伊加·维迪提饰演，玛丽莎·托梅饰演梅·帕克，安琪