Sam Worthington vai Jake Sully, một cựu con người đã yêu Neytiri và kết bạn với tộc Na'vi sau khi trở thành một phần của Chương trình Thế thân, cuối cùng đứng về phía họ trong cuộc xung đột với con người và dẫn họ đến chiến thắng; ở cuối bộ phim đầu tiên, anh ta trở thành thủ lĩnh mới của Omaticaya (gia tộc Na'vi trung tâm của câu chuyện) cùng với Mo'at và chuyển tâm trí của mình vào thế thân của mình vĩnh viễn.[24][25]
Zoe Saldana vai Neytiri, con gái của trưởng tộc Tsahìk, và là vợ của Jake Sully.[24][25]
Sigourney Weaver trong vai Kiri, con gái nuôi của Jake và Neytiri.[26] Weaver ban đầu xuất hiện trong phần phim đầu tiên với tư cách là Tiến sĩ Grace Augustine, một người đứng về phía Na'vi và chết trong cuộc xung đột. Mặc dù cả Weaver và Cameron đều xác nhận rằng Weaver sẽ trở lại trong các phần tiếp theo, nhưng sau đó Weaver đã tiết lộ vào năm 2014 rằng bà sẽ không đóng cùng một nhân vật. Đây sẽ là lần đầu tiên bà phải đóng vai vào một nhân vật trẻ tuổi hơn so với các bộ phim của bà trước đó.[13][27][28] Giống như hầu hết các diễn viên tham gia trong phần này, Weaver cũng phải học cách lặn tự do cho bộ phim.[29]
Stephen Lang trong vai Đại tá Miles Quaritch, người lãnh đạo lực lượng của RDA, tổ chức con người chiếm đóng Pandora, trong cuộc xung đột của họ với Na'vi trong phần phim đầu tiên.[30] Mặc dù nhân vật này đã chết vào cuối bộ phim Avatar, Cameron đã xác nhận vào năm 2010 rằng Lang sẽ trở lại trong ba phần tiếp theo đầu tiên, nói rằng, "Tôi sẽ không nói chính xác cách chúng tôi đưa ông ta trở lại, nhưng đó là một câu chuyện khoa học viễn tưởng. Sau tất cả, nhân vật của ông ta sẽ phát triển đến những nơi thực sự bất ngờ trong suốt vòng cung của câu chuyện ba bộ phim mới của chúng tôi."[11][31] Sau đó, ông nói rằng Quaritch sẽ đóng vai trò phản diện chính một lần nữa ở trong cả bốn phần tiếp theo. [32][33]
CCH Pounder vai Mo'at, thủ lĩnh tinh thần của Omaticaya và là mẹ của Neytiri.[34][35]
Jamie Flatters vai Neteyam, con trai đầu lòng và con lớn của Jake và Neytiri.[39][40]
Britain Dalton vai Lo'ak, con trai thứ hai của Jake và Neytiri.[39][40]
Trinity Bliss vai Tuktirey ("Tuk"), con gái tám tuổi của Jake và Neytiri và là đứa con út của họ.[39][40][41]
Bailey Bass vai Tsireya ("Reya"), một thợ lặn tự do duyên dáng và mạnh mẽ của Metkayina.[39][40]
Filip Geljo vai Aonung, một nam thợ săn trẻ tuổi và là người lặn tự do của Metkayina.[39][40]
Duane Evans Jr. vai Rotxo, một nam thợ săn trẻ tuổi và là thợ lặn tự do của Metkayina.[39][40]
CJ Jones[42] trong vai một thành viên của Metkayina.
Kate Winslet vai Ronal, một thợ lặn tự do của Metkayina và cũng là vợ của Tonowari.[43][44] Winslet gọi Ronal là "nhân vật quan trọng trong câu chuyện đang diễn ra", nhưng cũng là "tương đối nhỏ so với cảnh quay dài", vì quay tất cả các cảnh của cô ấy sẽ chỉ mất một tháng. Bộ phim này đánh dấu lần đầu tiên Kate phải làm việc với việc ghi hình hoàn toàn bằng chụp hiệu suất và ghi hình chuyển động. Giống như hầu hết các diễn viên nhí, Kate cũng phải học cách lặn tự do cho bộ phim.[45][46][47][48][29]
Con người
Giovanni Ribisi vai Parker Selfridge, quản trị viên công ty cho hoạt động khai thác RDA trong bộ phim đầu tiên.[49]
Joel David Moore vai tiến sĩ Norm Spellman, cựu thành viên của Chương trình Avatar, người đã chọn sát cánh cùng Na'vi trong bộ phim đầu tiên.[50]
Dileep Rao vai tiến sĩ Max Patel, một nhà khoa học làm việc trong chương trình Avatar và đến hỗ trợ cuộc nổi dậy của Jake chống lại RDA trong phần phim đầu tiên.[51]
Matt Gerald vai Hạ sỹ Lyle Wainfleet, một lính đánh thuê đã chiến đấu cho RDA chống lại Na'vi trong phần phim đầu tiên. Bất chấp cái chết của nhân vật của anh trong phần trước, Gerald đã được thông báo sẽ trở lại để tiếp tục thực hiện vai diễn của mình vào tháng 8 năm 2017.[52]
Jack Champion vai Javier "Spider" Socorro, một thiếu niên sinh ra trên Cổng địa ngục (căn cứ của con người trên Pandora trong phần phim đầu tiên) nhưng được Jake và Neytiri cứu và nhận nuôi và "thích thời gian sinh sống ở rừng nhiệt đới Pandora hơn".[40]
Edie Falco vai tướng Ardmore, chỉ huy phụ trách lợi ích của RDA.[53]
Brendan Cowell vai đội trưởng Mick Scoresby, người đứng đầu một tàu săn biển của khu vực tư nhân trên hành tinh Pandora.[54]
