Gal Gadot som Diana Prince / Wonder Woman, en udødelig halv-gudinne, Amazon-prinsesse og kriger. Chris Pine som Steve Trevor, en amerikansk pilot og spion fra den første verdenskrig, og kjæresten til Diana. Kristen Wiig som Barbara Minerva / Cheetah, en arkeolog og venninne av Diana som også utvikler krefter som en superhelt. Pedro Pascal som Maxwell Lord, en karismatisk amerikansk forretningsmann. Robin Wright som Antiope, Hippolytas søster. General over Amazon-hæren, og Diana's tante. Connie Nielsen som Hippolyta, dronning over Themyscira, og Diana's mor. Natasha Rothwell som Carol, Barbaras sjef ved Smithsonian. Stuart Milligan som president i USA.