Coba jelasin Uji bakat dari Alita: Battle Angel dalam bahasa melayu dong

Daripada sebuah rencana pada April 2016 dalam The Hollywood Reporter melaporkan yang Maika Monroe, Rosa Salazar dan Zendaya adalah antara pelakon-pelakon akhir yang dalam pertimbangan untuk diberi watak Alita dalam filem, dengan keputusan diberi dalam seminggu. Rencana itu juga berkata bahawa bekas pelakon bersama Zendaya, Bella Thorne juga uji bakat untuk watak tersebut. Dekat penghujung bulan Mei 2016, Collider melaporkan bahawa Rosa Salazar telah terpilih.

Pada Ogos 2016, Christoph Waltz dikhabarkan dalam perundingan untuk memain watak Dr. Dyson Ido, padanan watak Daisuke Ido daripada manga asal. Pada 14 September 2016, Jackie Earle Haley dikatakan telah terpilih sebagai salah satu watak penjahat siborg. Pada 21 September 2016, Variety melaporkan Ed Skrein dalam perbincangan untuk watak; The Hollywood Reporter kemudian mengesahkan yang beliau akan memegang watak hitam Zapan.

Pada 30 September 2016, Keean Johnson dikhabarkan terpilih untuk mainkan peranan Hugo, buah hati Alita, yang kemudiannya menjadi sebab dia teruskan permainan ala-ala gladiator Motorball. Studio juga pertimbangkan Avan Jogia, Douglas Booth, Jack Lowden, dan untuk watak tersebut, tetapi memilih Keean Johnson kerana mereka sedang mencari pelakon yang lebih "samar etniknya". Pada 3 October 2016, Mahershala Ali dilaporkan memegang watak Vector, seorang usahawan yang menganjur sayembara lawan Motorball.  Dalam sebuah temu duga berikutan penerimaan Anugerah Akademi untuk Pelakon Pembantu Lelaki Terbaik beliau di Anugerah Akademi ke-89, Ali mendedahkan yang beliau akan mainkan dua peranan dalam filem, tetapi beliau tidak memberi penjelasan tentang peranan kedua itu.

Pada 5 October 2016, ia dikhabarkan yang Eiza González telah menyertai filem tersebut. González ialah salah seorang daripada watak utama siri televisyen Rodriguez From Dusk till Dawn: The Series. Jorge Lendeborg Jr. diumumkan peranan pada 7 October 2016.  Beliau akan memainkan rakan Hugo. Lana Condor diumumkan menyertai mereka pada 11 October 2016, sebagai remaja yatim bernama Koyomi. Pada 18 October 2016, Leonard Wu diberi peranan sebagai Kinuba. Marko Zaror sebagai siborg Ajakutty pada Disember 2016. Pada 7 Februari 2017, Jennifer Connelly menyertai dengan watak hitam yang tidak diketahui. Michelle Rodriguez diumumkan lewat penerimaannya pada 22 Februari 2017, selepas filem sudah selesai penggambaran.