星际迷航 (电影)
角色

克里斯·派恩饰詹姆斯·T·柯克。派恩认为他的第一次试演非常糟糕，因为他无法让自己严肃起来，从而无法令人觉得他是一名领袖。艾布拉姆斯并没有观看派恩的第一次试演，当派恩的经纪人与艾布拉姆斯的妻子见面后，导演决定再给派恩一次机会，让他与昆图试演对手戏。昆图支持派恩出演这一角色，因为他们曾在一起工作，并得以相互了解。在得到这一角色后，派恩向威廉·夏特纳寄送了一封信件，夏特纳回信表示赞成他出演柯克。派恩观看了电视剧的经典情节，并阅读了有关《星际旅行》宇宙的百科全书，但却为自己必须复制夏特纳的角色一事感到忧郁。派恩觉得自己必须表现出柯克的“幽默、傲慢与果断”，但却不应表现出夏特纳说话的方式，否则便有模仿的嫌疑。派恩提到，当他观看初 代电视剧时，他还被夏特纳表现幽默的方式所打动。此外，派恩还打算在自己的角色中加入汤姆·克鲁斯在《壮志凌云》中与哈里森·福特饰演印第安那·琼斯与韩·索罗时的一些元素。
吉米·贝内特（英语：）饰儿童时期的詹姆斯·柯克。
柴克瑞·恩杜饰斯波克。昆图对饰演斯波克很感兴趣，因为他着迷于斯波克半人类、半瓦肯人的二元性，以及“他不懈追求的那些概念，如何在成长中负起责任，如何在成长中表现尊重。我认为这些是我们这个社会、乃至这个世界应该学习的。”他提到，在2006年12月接受《匹兹堡新闻邮报》采访时，他了解到了这部新电影，并表达了出演的兴趣：采访的这篇文章后来被广泛地传播，并吸引了艾布拉姆斯的兴趣。在试演时，昆图穿着一件蓝衬衣，并把头发弄平，以让自己更像斯波克。为了演好这一角色，他把自己的手指绑在一起练习瓦肯举手礼，剃掉了自己的眉毛，甚至还蓄发、染发成斯波克的发型。他还继承了斯波克的许多特点，譬如当其静立时，尼莫伊通常会把双手放在身后。昆图认为这些身体上的改变有助于饰演一名外星人，还开玩笑说到：“我感觉自己就像一个书呆子。我觉得我又回到了12岁的时候。看看我过去的照片你就会看见我的瓜皮头 （ 英语 ： ） 。我天生就是演斯波克的料。因为这个样子，我至少要被嘲笑个四五年。”在昆图得到这一角色前，导演还与阿德里安·布罗迪讨论过出演的事宜。
雅各布·科根饰儿童时期的斯波克。
伦纳德·尼莫伊再次出演了他的角色——来自未来的老年斯波克（在电影片尾字幕中写的是第一位斯波克（Spock Prime））。在得到这一角色后，尼莫伊与昆图成为了好友。尽管昆图在拍摄的空档期间观看了部分电视剧，但尼莫伊才是他学习扮演斯波克的主要源泉。艾布拉姆斯与编剧曾前往尼莫伊的家中拜访他；编剧罗伯托·奥利奇回忆说，在他们告诉尼莫伊他将有多么重要前，尼莫伊表现出了一种“‘你们这些人到底是谁，到底想要做什么’的情绪”。尼莫伊表现得十分平静，而他的妻子苏珊·贝告诉创作小组说，在他们的谈话结束后，尼莫伊在椅子上长坐不起，为自己在多次谢绝后再次同意重演这一角色的决定感到不知所措。由于尼莫伊不喜欢原来的剧本，制片方不得不停下制片进度，对剧本重新进行改写。剧本表现出的大尺度以及各角色的背景故事令尼莫伊感到“异常兴奋”，他说：“我们已经表现过［斯波克半人类、半瓦肯人的特质］，但从来没有像这出剧本那样在角色的历史、成长、来历以及齐聚为进取号船员的角度上来探讨它。”艾布拉姆斯说：“执导他去饰演斯波克简直太不可思议了，因为我到底在做什么？这个人已经演了四十年的斯波克了。就像是‘我觉得斯波克应该……’”。
卡尔·厄本饰伦纳德·麦科伊医生（老骨头）。和派恩一样，厄本觉得饰演这一角色“不在于模仿和复制，而在于忠于并真实表现出当年德福雷斯特·凯利（英语：）所表现出的精髓，并要为角色带入一些新的元素”。从7岁开始，厄本便成为了《星际旅行》的爱好者，在同儿子观看了系列的DVD版本后，他开始积极谋求出演这一角色。在同艾布拉姆斯首次见面的两个月后，厄本进行了他的第一次试演。他说，他乐于饰演这名喜剧色彩浓厚的角色，这是他在《牛奶的代价（英语：）》后再也没有做过的事，因为他疲于饰演动作类的角色了。当被问及麦科伊的坏脾气时，厄本开玩笑说到，这个角色可能“的确有些躁郁”。厄本曾与奥利奇与库兹曼在《齐娜武士公主》中合作过，他在其中饰演丘比特与凯撒（英语：）。
佐伊·萨尔达尼亚饰妮欧塔·乌乎拉。艾布拉姆斯喜欢她的表演，并请求她出演这一角色。萨尔达尼亚从未看过原初电视剧，不过她曾在《航站情緣》（2004年）中扮演一名星迷（英语：），在艾布拉姆斯对她大加赞誉后，她答应出演这一角色。“对一名演员来说，这就是你所需要你想得到的。让你的同僚们认可并尊重你”，她这样说道。她与尼切尔·尼科尔斯见了面，尼科尔斯向她介绍了乌乎拉的背景资料及其名字的来历。萨尔达尼亚的母亲是一名《星际旅行》爱好者，在电影拍摄期间，她通过语音邮件对该角色发表了意见。 悉尼·泰米娅·布瓦特（英语：）亦参与了该角色的试演。
西蒙·佩格饰蒙哥马利·斯科特（斯科提）。佩格是唯一没有经过试演的演员：艾布拉姆斯只是给他发了封邮件，问他是否有意出演这一角色。为了表现出斯科提的苏格兰口音，佩格在妻子莫琳（Maureen，苏格兰格拉斯哥人）的协助下开始了口音练习；不过，他觉得来自林利斯戈的斯科提应更具有东岸口音，所以，在他后来的表演中，斯科提说着一口混合有两地口音的方言，但倾向于西部口音。同是格拉斯哥人的第一助理导演汤米·戈姆利（Tommy Gormley）也向他提供了帮助。佩格认为，斯科提是一名典型的苏格兰人物，他说道：“在饮酒打架后，苏格兰人［Scots，译注］将是第一个大声嘲笑自己的人。”其中斯科特的昵称“斯科提”（Scotty）正是“Scots”（苏格兰人）的变体。几年前，佩格在《屋事生非（英语：）》中的角色曾经嘲笑说，每部奇数号的《星际旅行》电影都“拍得烂”（shit）才是人生的真谛。佩格自嘲道：“命运让我出现在这部电影中，来证明我自己是在说屁话。”
赵约翰（或譯“周約翰”）饰苏鲁光。艾布拉姆斯顾虑于让一名韩裔美国人出演日裔角色，但乔治·武井劝说道：苏鲁是进取号上所有亚洲人的代表。于是，艾布拉姆斯决定让赵约翰出演这一角色。赵约翰同意出演这名亚裔角色：“有一些动作角色你是决不会得到的，比如去扮演一名牛仔。［出演苏鲁］圆了我的梦——迈入太空吧。”他认为角色的阳刚气质非常重要，并为此进行了两周的搏击训练。在拍摄期间，赵约翰的手腕意外受伤，不过其代理人称其“并无大碍”。詹姆斯·凯森·李也曾有意出演这一角色，但由于当时昆图已经决定出演斯波克，电视剧《英雄》的制片方不希望再让一名演员离开三个月之久。
安東·葉爾欽飾演帕夫·切科夫：与其他演员不同，叶尔钦可以选择继承前任演员的哪些表演元素。叶尔钦决定继承沃尔特·凯尼格（英语：）发音的方式，将“v”发音成“w”；尽管他与艾布拉姆斯都觉得这种发音更常见于波兰人，而不是俄罗斯人。他认为，切科夫是一个古怪的角色，是在“冷战中期”被故意加进电视剧里的俄罗斯人。他回顾说：“在他们与［说了］‘我就是阿波罗’的阿波罗（英语：）谈话时，切科夫就像是‘那我就是全俄罗斯人的沙皇’一般。［……］他们让他说的这些话。我的意思是，他的确是最最古怪的一名角色。”
埃里克·巴纳饰尼禄舰长（英语：），电影中的反派，来自未来的罗慕伦人。巴纳的情节一直拍摄到了摄制工作结束。他“在小时候是一名超级星迷”，但从未看过一部《星际旅行》电影。尽管他“痴迷于原初系列”，但只有是他觉得十分棒（awesome）的剧本，他才会接演其中的角色。巴纳認識艾布拉姆斯，因为他俩碰巧有着同一名经纪人。巴纳即兴发挥了该角色说话的方式。
布鲁斯·格林伍德饰克里斯托弗·派克（英语：），进取号舰长。
本·克罗斯饰沙瑞克（英语：），斯波克之父。
薇諾娜·瑞德饰阿曼达·格雷森（Amanda Grayson），斯波克之母。
小克利夫顿·柯林斯饰阿耶尔（Ayel），尼禄的亲信。
克里斯·海姆斯沃斯饰老乔治·塞缪尔·柯克（英语：），柯克之父，在联邦星舰开尔文号与罗慕伦人战斗时战死。
珍妮花·摩利遜饰威诺纳·柯克（Winona Kirk），柯克之母。
雷切尔·尼科尔斯饰盖拉（Gaila），一名猎户座星际舰队学员。
法兰·塔希尔（英语：）饰理查德·罗博（英语：），联邦星舰开尔文号舰长。
迪普·罗伊（英语：）饰昆塞尔（Keenser），斯科提在织女四星上的外星人助手。
格雷格·埃利斯（英语：）饰轮机长奥尔森（Olson），在轨道跳伞中遇难的红衣龙套（英语：）。
克里斯·杜汉（Chris Doohan），斯科提前任饰演者詹姆斯·杜汉之子，在传送室的场景中有一出特写镜头。佩格向杜汉发送了一封关于斯科提这个角色的电子邮件，他向杜汉许诺说，他的表演“将向其父亲致以最高的敬意”。克里斯·杜汉此前还在《星际旅行：无限太空》中有过特写镜头。
保罗·麦吉莱昂曾试演过斯科提，给制片人留下了足够深刻的印象，因此让他饰演了一名军营士官。
格雷格·格伦伯格（英语：）为柯克酗酒的继父配音。布拉德·威廉·亨克（英语：）在一处场景中出演了这一角色，但后来这段情节被剪掉了。《星际旅行：进取号》的演员多米尼克·基廷（英语：）亦曾试演过这一角色。格伦伯格本来打算出演奥尔森一角，但由于档期冲突而放弃。此外，格伦伯格还有意出演早期剧本中的哈里·马德（英语：）一角。
阿曼达·福尔曼（英语：），饰演进取号舰桥上的星际舰队军官汉尼提（Hannity）。
斯潘塞·丹尼尔斯饰约翰尼（Johnny），柯克儿童时期的一位朋友。在最初的设定中，丹尼尔斯饰演的是柯克的哥哥“山姆”——小乔治·塞缪尔·柯克（George Samuel "Sam" Kirk, Jr.）。然而，丹尼尔斯的场景后来大都被剪掉了；相应的，柯克的台词也被重新配音。
泰勒·佩里饰星际舰队学院领导者理查德·巴尼特上将（Admiral Richard Barnett）。詹姆斯·考利（英语：）饰星际舰队的一名军官。帕维尔·林奇尼考夫（英语：）与露西娅·瑞科尔（英语：）饰罗慕伦人；其中，林奇尼考夫饰演一名中校，瑞科尔饰演通讯官。曾在《星际旅行VI：未来之城》中饰演克林贡人的威廉·摩根·谢泼德（英语：），在此部电影中饰演瓦肯科学委员会（Vulcan Science Council）的领导者。《星际旅行》爱好者、卡内基梅隆大学教授兰迪·保施（于2008年7月25日逝世）在片中饰演开尔文号的一名船员，并有一段对白。《星际旅行》创始人吉恩·罗登伯里的遗孀玛婕尔·巴雷特（英语：）再度为进取号的计算机配音；2008年12月18日，亦即完成配音工作的两个星期后，玛婕尔逝世。为了表达对玛婕尔与吉恩·罗登伯里夫妇的尊敬，这部电影向他们进行了题献。
奥利奇与库兹曼为威廉·夏特纳撰写了一段情节，其中，老斯波克将从前时间线中柯克录制的信息转交给了年轻的自己。“大概就是生日上的愿望，了解到斯波克将要前往罗穆卢斯星，而柯克当时可能已经死了。”而“前人所未至的领域”原本也是打算让夏特纳朗诵的。然而，夏特纳希望分享尼莫伊的主角戏份，而不希望只去露个面。由于他的角色已在《星际旅行VII：日换星移》中死去，他因而建议电影将柯克复活的小说（英语：）正典化。然而，艾布拉姆斯决定不让他与尼莫伊一同出现，否则就会让这部电影成为柯克复活的电影，而非引入新版角色的电影。尼莫伊并不喜欢《日换星移》中让该角色死亡的设定，但觉得令柯克复活亦会不利于这部电影。
尼切尔·尼科尔斯希望扮演乌乎拉的祖母，但由于编剧协会大罢工的影响，艾布拉姆斯无法将她的情节写入剧本当中。艾布拉姆斯还有意让凯莉·罗素出演，但他们都觉得他想要她演的角色与她曾演过的其他角色太相像了。