Jabarkan Tom Hiddleston sebagai Loki dari The Avengers (film)

Saudara angkat Thor, berdasarkan keilahian mitologi Norse dengan nama yang sama.

Clark Gregg sebagai Phil Coulson

Seorang agen dengan S.H.I.E.L.D. yang mengawasi banyak operasi divisi lapangan. Gregg dilemparkan sebagai bagian dari kesepakatan multi-gambar dengan Marvel.

Cobie Smulders sebagai Maria Hill

Seorang agen berpangkat tinggi dengan S.H.I.E.L.D. yang bekerja sama dengan Nick Fury. Smulders, yang pernah dianggap oleh Joss Whedon untuk film Wonder Woman live-action yang tidak diproduksi, dipilih dari daftar pendek aktris potensial termasuk Morena Baccarin. Kesepakatan Smulders akan mengintegrasikannya ke dalam sembilan film.

Stellan Skarsgård sebagai Erik Selvig

Seorang astrofisikawan dan seorang teman Thor di bawah kendali Loki, yang mempelajari kekuatan Tesseract.

Samuel L. Jackson sebagai Nick Fury

Direktur S.H.I.E.L.D., yang terungkap dalam film-film sebelumnya untuk mengkoordinasikan "Avengers Initiative". Jackson dibawa ke proyek tersebut dengan sebuah kesepakatan yang berisi opsi untuk memainkan karakter tersebut di sembilan film Marvel.

Gwyneth Paltrow dan Maximiliano Hernández memerankan peran mereka dari film sebelumnya seperti Pepper Potts dan Jasper Sitwell. Paul Bettany kembali ke suara J.A.R.V.I.S. Beberapa kolaborator Whedon Alexis Denisof menggambarkan Other, dan Damion Poitier menggambarkan tuannya, Thanos (yang tidak disebutkan namanya dalam film ini), dalam sebuah adegan pasca-kredit. Powers Boothe dan Jenny Agutter tampil sebagai anggota Dewan Keamanan Dunia. Wakil pencipta Avengers Stan Lee memiliki penampilan cameo dalam sebuah laporan berita. Harry Dean Stanton berperan sebagai satpam, dan sutradara film Polandia Jerzy Skolimowski tampil sebagai Georgi Luchkov, interogator Romanoff. Enver Gjokaj, yang kemudian kemudian bermain Agen Daniel Sousa di seri Agent Carter, muncul sebagai petugas polisi.