アリータ: バトル・エンジェル
演 - ジェイ・コートニー(クレジットなし)、日本語吹替 - 星野貴紀
モーターボールにおける最強のチャンピオン。その凄まじい走りでガリィを魅了する。
原作では以後のモーターボール編におけるアリータ(ガリィ)の好敵手。ノヴァ教授によって脳改造を施された事で、恐るべき戦闘力を誇る。シリーズ全体を通してもサイボーグ格闘家としての頂点を極めた存在。
演 - クリストフ・ヴァルツ、日本語吹替 - 森川智之
クズ鉄町で個人病院を営むサイバネ医師にしてロケットハンマーを武器にするハンター・ウォリアー。良心的な医師であり、患者や他のハンター・ウォリアーからも慕われている。アリータを拾い、名付け、彼女を修理し、親身になって面倒を見、過保護な態度で戦いから遠ざけようとするが、それはかつて実の娘のアリータをモーターボール崩れの犯罪者によって殺された過去があるためだった。実は元ザレム人であり、ザレムを追放されたのは娘の病気のため、そしてアリータのボディも本来は娘のために用意したもの。
原作でのフルネームは「イド・ダイスケ」。娘などの設定もなく、ハンター・ウォリアーをやっている理由は病院の経営費用を稼ぐためと、自分の快楽殺人欲求を満たすためという後ろ暗いものだった。またアリータ(ガリィ)に対しても父親代わりとして愛情を注ぐ一方、ピグマリオンコンプレックスめいた偏愛を抱いており、本作における純粋な父性愛とはやや異なる。
演 - マハーシャラ・アリ、日本語吹替 - 鶴岡聡
クズ鉄町でも随一のフィクサーでありモーターボールのオーナー。レース結果を操作するために逸脱した選手からパーツを奪うようヒューゴに命じ、またザレムの要求する人体サンプルを得るためグリュシカに連続殺人を行わせるといった悪事を平然と繰り広げる。アリータの驚異的な戦闘力を知って以降は、彼女のボディを求めて暗躍を繰り広げる。
原作においてもヒューゴ編の黒幕といった立ち位置だが極悪人ではなかった。また出資しているのもモーターボールではなくコロッセオである。コロッセオの選手としてアリータ(ガリィ)勧誘を画策するなどの描写とチレンへの行動などもあわせて、原作よりもOVA版の要素が色濃い。
2016年4月、『ハリウッド・リポーター』はマイカ・モンロー、ローサ・サラザール、ゼンデイヤがアリータ役の最終候補であり、数週間以内に決定予定であることを報じた。またゼンデイヤの元共演者のベラ・ソーンも同役のオーディションを受けていたことが報じられた。2016年5月末、サラザールに決定したことが報じられた。
2016年8月、原作漫画のイド・ダイスケに相当するダイソン・イド博士役としてクリストフ・ヴァルツが交渉中であることが報じられた。2016年9月14日、ジャッキー・アール・ヘイリーがサイボーグの悪役でキャスティングされた。2016年9月21日、『バラエティ』はエド・スクラインが交渉中であり、後に『ハリウッド・リポーター』はそれがザパン役であることを報じた。
2016年9月30日、アリータの恋人であり、彼女がモーターボールと呼ばれるグラディエーター・スタイルの競技に身を投じる理由となったヒューゴ役にキーアン・ジョンソンがキャスティングされたことが報じられた。スタジオは他にアヴァン・ジョーギア、ダグラス・ブース、ジャック・ロウデン、ノア・シルヴァーを候補に候補に挙げていたが、より「人種的に曖昧」な人物を探していたためにジョンソンに決定した。
演 - ローサ・サラザール、日本語吹替 - 上白石萌音
クズ鉄の山で拾われたサイボーグの少女。自分の名前を含めた全ての記憶を失っているが、その奥底にはサイボーグ用格闘術「パンツァークンスト」と、URMの兵士だった過去が眠っている。戦うことで自分を取り戻せるのではないかとハンターウォリアー、モーターボールへと身を投じる一方、自分に親身になってくれるヒューゴへ心惹かれていく。無邪気で好奇心旺盛な十代の少女だが、強大な戦闘能力の持ち主であり、挑発されれば必ず応じるなど好戦的な一面も秘めている。
当初はイドから与えられた、エングレービングの施された白いボディを装備していたが、ヒューゴに案内されたURMの墜落宇宙艇からバーサーカーボディを回収、グリュシカにボディを破壊されて以後はバーサーカーボディに換装する。アリータがURM兵士として装着していたのもバーサーカーボディであった為、潜在意識に残った記憶からプラズマジェットやナノマシンによる自己再生などを完璧に使いこなせる。一方、そのボディを動かす心臓は桁違いの出力を持ったロストテクノロジーであり、それ故にベクターらに狙われる事になってしまう。
原作漫画での名前は「ガリィ」だが、男性的過ぎるという理由で海外版では名前が「アリータ(アリタ)」に変更されている。また原作からの変更点として、以下の点などが挙げられる。 初期に装備していたサイボーグボディは、殺人鬼の犠牲者となった女性たちのパーツではなく、イドの娘のボディ バーサーカーボディはイドが密かに保管していたコレクションの一つではなく、彼女自身が発見したもの 火星兵士時代にはバーサーカーボディを装備しており、ノヴァ暗殺を目的にザレム攻撃へ参加した
2016年10月3日。モーターボールを主催する悪役のベクター役としてマハーシャラ・アリが交渉中であることが報じられた。第89回アカデミー賞で助演男優賞を獲得した後のインタビューでアリは本作で2つの役割をはたすことを明かしたが、その2つめについては語らなかった。
2016年10月5日、エイザ・ゴンザレスが加わったことが報じられた。ゴンザレスはロドリゲスのテレビシリーズ『フロム・ダスク・ティル・ドーン ザ・シリーズ(英語版)』で主要キャストの1人を務めていた。2016年10月7日、ジョージ・レンデボーグ・Jr(英語版)がヒューゴの友人役を務めことが発表された。2016年10月11日、ラナ・コンドルが孤児のコヨミを演じることが報じられた。2016年10月18日、レオナルド・ウーがサイボーグのキヌバ役にキャスティングされた。2016年12月、マルコ・サロール(英語版)がサイボーグのアジャカティ役で加わった。2017年2月7日、ジェニファー・コネリーが役名不明の悪役で追加された。撮影終了後の2017年2月22日、ミシェル・ロドリゲスも参加していたことが発表された。
2005年6月、後に『アバター』と呼ばれることとなる『Project 880』という企画にキャメロンが注力しているために『Battle Angel』が遅れていると『ハリウッド・リポーター』が報じた。2006年2月、『エンターテインメント・ウィークリー』のインタビューでキャメロンは『Battle Angel』及び『アバター』の両作品を20世紀フォックスのもとで製作する契約を交わしていることを明かした。この記事では2009年9月に『Battle Angel』が公開予定であると書かれていた。2006年6月、キャメロンは『Battle Angel』は企画中の三部作映画の2つ目であり、1つ目は『アバター』であるとコメントした。
2008年5月、キャメロンはフリーダイバーのフランシスコ・フェレーラス(英語版)とオードリー・メストレ(英語版)の伝記映画『The Dive』の作業中であることを明かし、『Battle Angel』はさらに延期された。同年7月、サンディエゴ・コミコン・インターナショナルでキャメロンはまだ製作に専念していることを再確認した。2009年12月、キャメロンはMTV News(英語版)のインタビューで『Battle Angel』の脚本の完成を明かした。
2010年2月、プロデューサーのジョン・ランドーはキャメロンにタイトルを『Alita: Battle Angel』に変更するように説得中であることをインタビューで明かした。彼は「私は人々にそれを『Alita: Battle Angel』と呼ぶように伝えている。ジムにはTとAの映画しかないからね」と述べた。ランドーはまたレータ・カログリディスが脚本に参加したことを明かした。