Diễn viên chính

• Anya Taylor-Joy vai Beth Harmon, nữ kỳ thủ cờ vua trẻ tuổi, người quyết tâm trở thành kỳ thủ vĩ đại nhất thế giới trong khi cố che giấu sự thật rằng bản thân bị lệ thuộc vào rượu và thuốc.
  • Isla Johnston vai Beth thời nhỏ.
  • Annabeth Kelly vai Beth năm tuổi.
• Bill Camp vai bác Shaibel quét dọn Mái ấm Methuen cho các bé gái, một kỳ thủ giỏi đã dạy Beth biết cách chơi cờ.
• Moses Ingram vai Jolene, cô gái tính tình ương ngạnh ở mái ấm, người bạn thân nhất của Beth thuở nhỏ.
• Christiane Seidel vai Helen Deardorff, người đứng đầu mái ấm.
• Rebecca Root vai cô Lonsdale,[7] tuyên úy kiêm nhạc trưởng ở mái ấm.
• Chloe Pirrie vai Alice Harmon, mẹ ruột đã mất của Beth, người đạt đến trình độ tiến sĩ chuyên ngành toán học tại Đại học Cornell trước khi sức khỏe tâm thần của bà đi xuống trầm trọng.
• Akemnji Ndifornyen vai Fergusson, quản lý ở mái ấm, người ngoài một số công việc khác còn có nhiệm vụ phân phát thuốc cho các bé gái.
• Marielle Heller vai bà Alma Wheatley, người cùng chồng là Allston nhận nuôi Beth, sau này trở thành quản lý của Beth khi cô tham dự các giải đấu. Chứng nghiện rượu ngày một nặng của bà phần nào có ảnh hưởng đến Beth. Con gái ruột của bà qua đời ít lâu trước khi bà nhận nuôi Beth.
• Harry Melling vai Harry Beltik, cựu vô địch bang Kentucky mà Beth đánh bại trong giải đấu đầu tiên của cô, sau này làm bạn với cô.
• Patrick Kennedy vai Allston Wheatley, chồng của Alma, người cha nuôi tệ bạc của Beth.
• Jacob Fortune-Lloyd vai Townes, kỳ thủ mà Beth nảy sinh tình yêu nhưng không được đáp lại.
• Thomas Brodie-Sangster vai Benny Watts, một chàng trai trẻ tính tình kiêu ngạo, nhà đương kim vô địch cờ vua Mỹ và là một trong những đối thủ nặng ký nhất của Beth, sau này trở thành cố vấn và bạn của cô.
• Marcin Dorociński vai Vasily Borgov, kỳ thủ người Nga vô địch thế giới, đối thủ cạnh tranh khốc liệt nhất của Beth.

Diễn viên phụ

• Sergio Di Zio vai người cha không rõ tên tuổi của Beth.
• Dolores Carbonari vai Margaret, bạn cùng lớp thời trung học của Beth.
• Eloise Webb trong vai Annette Packer, một thiếu nữ thân thiện, đối thủ đầu tiên của Beth trong giải đấu đầu tiên của cô.
• Matthew Dennis Lewis và Russell Dennis Lewis vai Matt và Mike, hai anh em sinh đôi làm thư kí giải đấu đầu tiên của Beth ở Kentucky và sau này trở thành bạn cô.
• Max Krause vai Arthur Levertov, một đại kiện tướng và là bạn của Benny, người hỗ trợ Beth trong việc luyện tập cho giải đấu.
• Ryan Wichert vai Hilton Wexler, một kỳ thủ giỏi đam mê cờ thế, bạn của Benny.

Diễn viên khách mời

• Jonjo O'Neill vai Thầy Ganz, giáo viên câu lạc bộ cờ của một trường trung học địa phương.
• Louis Ashbourne Serkis vai Georgi Girev, thần đồng cờ vua 13 tuổi người Liên Xô.
• Janina Elkin vai vợ của Borgov, cũng là thông dịch viên của ông.
• John Schwab vai ông Booth, người của Bộ Ngoại giao hộ tống Beth tới Moscow thi đấu.
• Millie Brady vai Cleo, nữ người mẫu Pháp, từng có mối tình ngắn ngủi với Benny. Cô nhanh chóng làm bạn với Beth.
• Bruce Pandolfini vai Ed Spencer, giám đốc điều hành của một giải đấu.
• Marcus Loges vai Luchenko, nhà cựu vô địch cờ vua thế giới cao tuổi, đối thủ áp chót của Beth ở Moscow.