Đại uý Marvel (phim)
Diễn viên

Brie Larson (ảnh trên) và Samuel L. Jackson (ảnh dưới) với Thiếu tướng Jeannie Leavitt, Nữ phi công Không quân Hoa Kỳ làm cố vấn hướng dẫn đầu tiên cho phim .
Brie Larson vai Carol Danvers / Captain Marvel: Cựu phi công của lực lượng Không Quân. Sau vụ tai nạn máy bay, cô được người Kree đưa đến hành tinh của họ để cứu chữa. Tại đây, DNA của Carol được kếp hợp với DNA của người Kree, khiến cô trở nên siêu khoẻ, siêu nhanh, có thể bay và có khả năng phóng và hấp thụ năng lượng. Larson mô tả Danvers là một "người tin tưởng vào sự thật và công lý" và là "cầu nối giữa Trái đất và không gian",  người phải cân bằng phe Kree bất động với một nửa con người "khiếm khuyết" của mình.  Larson còn gọi Danvers là hung hăng, nóng nảy và hay xâm lược — những thuộc tính giúp cô ấy trong một cuộc chiến nhưng lại chứng tỏ là những khuyết điểm về tính cách.  Chủ tịch Marvel Studios Kevin Feige cho biết Larson được chọn vì khả năng cân bằng sức mạnh khổng lồ của nhân vật với nhân loại của cô ấy. Do lo ngại rằng Larson (26 tuổi khi được chọn) còn quá trẻ để thể hiện một phi công tài ba, nhà biên kịch Nicole Perlman đã tham khảo ý kiến ​​của Không quân, người cho biết có thể ai đó xuất sắc trong độ tuổi từ 28 đến 34. Larson được đào tạo trong chín tháng cho vai diễn này, học judo, quyền anh và đấu vật. Cô cũng đã đến thăm Căn cứ Không quân Nellis và gặp gỡ các phi công đang tại ngũ, bao gồm Thiếu tướng Jeannie Leavitt và phi công Thunderbirds, Thiếu tá Stephen Del Bagno, để chuẩn bị cho vai diễn này. Mckenna Grace đóng vai Carol Danvers hồi nhỏ.
Samuel L. Jackson vai Nick Fury: Quan chức cấp thấp, đồng thời là giám đốc tương lai của tổ chức S.H.I.E.L.D. Trong phim, Nick Fury vẫn còn nguyên cả hai mắt, vì phim lấy bối cảnh trước khi ông bị mất 1 mắt (năm 1995). Feige giải thích rằng Danvers là siêu anh hùng đầu tiên mà Fury gặp,  đưa anh ta vào con đường thực hiện vai trò của mình khi làm việc với các anh hùng trong các bộ phim MCU sau này.  Jackson đã mô tả Fury vào thời điểm này như một tay lừa bàn, người vẫn chưa trở nên hoài nghi đối với bộ máy quan liêu và người biết được trong phim rằng có những sinh vật siêu năng lực có thể giúp SHIELD Jackson nói thêm rằng việc tin tưởng Danvers đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của anh ấy, vì họ trở thành "đồng hương" trong suốt bộ phim.  Jackson bị khử kỹ thuật số 25 tuổi, đây là lần đầu tiên Marvel làm điều này cho cả một bộ phim.
Ben Mendelsohn vai Talos và Keller: Talos là thủ lĩnh thay đổi hình dạng của Skrulls hoạt động bí mật tại SHIELD với tư cách là ông chủ của Fury, Keller.  Mendelsohn mô tả Keller là người "đóng đinh" so với tính cách Skrull "thoải mái hơn" của Talos. Mendelsohn sử dụng giọng Mỹ lấy cảm hứng từ cựu Bộ trưởng Quốc phòng Hoa Kỳ Donald Rumsfeld cho Keller, và giọng Úc bản địa của ông cho Talos; cái thứ hai đã được chọn, sau một "cuộc thảo luận kéo dài", do cái mà Mendelsohn gọi là "sự đúng đắn của trái đất". Việc trang điểm và các bộ phận giả cần thiết để khắc họa Talos đã mất "vài giờ" để áp dụng. Nhà sản xuất điều hành Johnathan Schwartz nói thêm rằng "thật thú vị khi thể hiện cả sức mạnh của Skrull và phạm vi của Ben với tư cách là một diễn viên" với nhân vật này.  Talos cũng mang hình dạng một cô gái lướt sóng, do Emily Ozrey và Abigaille Ozrey thể hiện, và một người lính Kree cải trang do Duane Henry thủ vai .  Một phiên bản đầu của kịch bản có nhân vật chết trong phim.
Djimon Hounsou vai Korath: Lính đánh thuê người Kree, đồng thời là phó chỉ huy của lực lượng Starforce. Hounsou giải thích rằng Korath "ở giai đoạn sơ sinh" trong phim so với sự xuất hiện của anh ấy trong Vệ binh dải Ngân Hà (2014), nhưng "vẫn là một cỗ máy không hài hước".
Lee Pace vai Ronan the Accuser: Một quan chức cấp cao của Kree.  So với sự xuất hiện của anh ấy trong Guardians of the Galaxy , Ronan vẫn chưa phải là một "người nhiệt thành cấp tiến", với vai trò của anh ấy trong quân đội Kree giao với Starforce "theo một cách thú vị".
Lashana Lynch vai Maria Rambeau: Một trong những người bạn lâu đời nhất của Danvers và là một phi công thuộc Lực lượng Không quân, người đi theo dấu hiệu "Photon". Cô là một người mẹ đơn thân của con gái Monica .  Lynch mô tả Rambeau là người "kiên cường" và là người "mà bạn không cảm thấy cần giúp đỡ".  Larson gọi Rambeau là "đại diện của tình yêu" trong phim và là "một kẻ xấu xa lạ thường". Cô mô tả tình bạn giữa Danvers và Rambeau là bình đẳng, với "tính cạnh tranh vui tươi [và] tôn trọng lẫn nhau". Giống như Larson, Lynch đã gặp gỡ các phi công tại ngũ để chuẩn bị cho vai diễn này. Đặc biệt, cô được gặp gỡ các phi công cũng là mẹ. Lynch rất hào hứng khi được miêu tả một nhân vật mà khán giả sẽ tự hào và có thể liên hệ, đặc biệt là các bà mẹ và các thành viên của cộng đồng người da đen, giúp tiếp tục "thông tuyến thực sự" cho các nhân vật người Mỹ gốc Phi trong MCU sau Black Panther (2018).
Gemma Chan vai Minn-Erva: Lính bắn tỉa người Kree, đồng thời là thành viên của Starforce. Chan giải thích rằng Minn-Erva là "ngôi sao của Starforce" trước khi Danvers gia nhập đội và "hơi bị đe dọa bởi một người khác đã đến và cũng rất tài năng".
Annette Bening vai Mar-Vell / Wendy Lawson và Supreme Intelligence: Trí tuệ tối cao là trí tuệ nhân tạo là hiện thân chung của những bộ óc vĩ đại nhất của người Kree, và là người cai trị Đế chế Kree.  Nó xuất hiện dưới các hình thức khác nhau đối với mỗi người,  đặc biệt với Vers là nhà khoa học Mar-Vell của phiến quân Kree, người đã cải trang trên Trái đất thành ông chủ của Danvers, Tiến sĩ Wendy Lawson.  Mar-Vell ban đầu được viết như một mối tình nam dành cho Danvers như trong truyện tranh, nhưng sau khi đấu tranh để chọn nhân vật, đồng đạo diễn Anna Bodenđề xuất rằng họ chọn một phụ nữ thay thế và gắn cô ấy vào cốt truyện của Tình báo tối cao bằng cách kết hợp các nhân vật đó. Boden nói Bening là "vương giả" với tư cách là Tình báo tối cao, và "bình thường, điềm tĩnh và thoải mái" với tư cách là Lawson.  Feige cho biết việc thay đổi giới tính của Mar-Vell là quan trọng đối với sự phát triển của Danvers trong phim, cho cô một người cố vấn nữ.
Clark Gregg vai Phil Coulson: Đặc vụ mới vào nghề của S.H.I.E.L.D và cũng là đồng nghiệp của Nick Fury. Gregg cho biết bộ phim sẽ là "bộ phim sớm nhất mà chúng ta được xem [Coulson trong MCU], vì vậy khi anh ấy nói 'Anh Stark, đây không phải là trò chơi đầu tiên của tôi' trong Người Sắt (2008), đây có thể là rodeo mà anh ấy đang nói về." Anh ấy đã phải nỗ lực để miêu tả Coulson "bớt thô bạo và mệt mỏi hơn một chút" so với hiện tại của MCU. Mặc dù Coulson chạm trán với người Kree trong loạt phim truyền hình MCU Agents of S.H.I.E.L.D., Schwartz lưu ý rằng Captain Marvelsẽ không cần phải lo lắng về điều đó vì đây là phần tiền truyện mà Kree thậm chí còn chưa thuộc "vốn từ vựng của anh ấy". Giống như Jackson, Gregg đã trẻ hóa 25 tuổi về mặt kỹ thuật số.
Jude Law vai Yon-Rogg: Chỉ huy của Starforce và cũng là người huấn luyện Carol Danvers sử dụng sức mạnh mới của cô. Law nói rằng nhân vật của anh ấy "được thúc đẩy bởi niềm tin vào sự lãnh đạo thần thánh của người Kree. Vì vậy, anh ấy gần như là một chiến binh sùng đạo - không nghi ngờ, bảo thủ, nhưng đầy cảm hứng." Law cũng nói rằng nhân vật của anh ấy có mối quan hệ đặc biệt với Danvers, người mà anh ấy coi như một vị hôn phu, điều này trở thành nguồn gốc căng thẳng trong phim với các thành viên khác của Starforce. Robert Downey Jr., người đóng vai Tony Stark trong các bộ phim MCU và người đóng vai chính với Law trong Sherlock Holmes (2009) và phần tiếp theo của nó (2011), đã tư vấn cho anh ấy về việc hợp tác với Marvel trước khi Law tham gia.
Các thành viên bổ sung của Starforce bao gồm Algenis Pérez Soto trong vai Att-Lass, xạ thủ của đội, và Rune Temte trong vai Bron-Char, "anh chàng to lớn hơn, mạnh mẽ hơn và chiến đấu bằng nắm đấm của mình". Con gái của Maria, Monica Rambeau, do Akira và Azari Akbar thủ vai, lần lượt là 11 tuổi và 5 tuổi. Sharon Blynn đóng vai Soren, vợ của Talos. Robert Kazinsky xuất hiện với tư cách là một người đi xe đạp có biệt danh là "The Don". Vik Sahay đóng vai Torfan, trong khi Chuku Modu vào vai điệp viên Kree Soh-Larr. Colin Ford xuất hiện trong vai anh trai của Danvers, Steve, và Kenneth Mitchell đóng vai cha của họ. Con mèo Chewie trong truyện tranh của Danvers (được đặt tên theo nhân vật Chewbacca trong Chiến tranh giữa các vì sao) xuất hiện trong phim, được đổi tên thành Goose theo tên nhân vật Nick "Goose" Bradshaw trong Top Gun (1986). Tên của nó đã được thay đổi vì Star Wars là một nhượng quyền thương mại đương đại và không dành riêng cho Danvers, không giống như Top Gun theo chủ đề phi công. Goose được khắc họa bởi bốn con mèo khác nhau, mỗi con được chọn cho hành động và tính cách của chúng: Reggie, Archie, Rizzo và Gonzo.
Các phi công của Lực lượng Không quân ngoài đời thực Matthew "Spider" Kimmel và Stephen "Cajun" Del Bagno xuất hiện với tư cách là chính họ. Del Bagno qua đời vài tháng trước khi bộ phim được phát hành,  và nó được dành để tưởng nhớ ông. ​​Nhà văn truyện tranh Captain Marvel Kelly Sue DeConnick xuất hiện với tư cách khách mời trong vai một người qua đường ở ga xe lửa, và Stan Lee, đồng sáng tạo của Captain Marvel, xuất hiện sau khi chính anh ấy đang ghi nhớ lời thoại cho vai khách mời của mình trong Mallrats (1995). Đảm nhận các vai trò MCU của họ cho cảnh mid-credit là Chris Evans trong vai Steve Rogers, Scarlett Johansson trong vai Natasha Romanoff, Mark Ruffalo trong vai Bruce Banner và Don Cheadle trong vai James Rhodes.