Chris Pratt trong vai Peter Quill / Star-Lord: Một con người mang dòng máu lai Celestial, một bán-Celestial đồng thời là đội trưởng của nhóm Vệ binh dải Ngân Hà, anh là người bị bắt cóc từ Trái đất khi còn là một đứa trẻ và được nuôi lớn bởi một nhóm trộm cướp và buôn lậu ngoài hành tinh gọi là Ravagers.
Zoe Saldaña trong vai Gamora: Một nhân vật tìm cách chuộc lại tội ác trong quá khứ của mình sau khi được Thanos huấn luyện để trở thành sát thủ riêng của hắn. Cô bị Thanos giết chết trong Avengers: Cuộc chiến vô cực (2018), nhưng Saldaña trở lại trong một phiên bản quá khứ của Gamora khi du hành thời gian đến hiện tại trong Avengers: Hồi kết (2019); cô đảm nhận vai thứ hai trong bộ phim này.
Dave Bautista trong vai Drax the Destroyer: Một thành viên của đội Vệ binh và là một chiến binh có kỹ năng cao.
Vin Diesel trong vai Groot: Một thành viên của đội Vệ binh đồng thời là người thân của Rocket.
Bradley Cooper trong vai Rocket: Một thành viên của đội Vệ binh và là một thợ săn tiền thưởng giống gấu mèo bị biến đổi gen; là một bậc thầy về vũ khí và chiến thuật quân sự. Bộ phim hoàn thành một vòng cung cho nhân vật đã được thiết lập trong hai phần phim Vệ binh đầu tiên và tiếp tục trong Cuộc chiến vô cực và Hồi kết.
Karen Gillan trong vai Nebula: Một thành viên của đội Vệ binh và từng được Thanos huấn luyện để trở thành sát thủ riêng của hắn.
Pom Klementieff trong vai Mantis: Một thành viên trong đội Vệ binh có năng lực đọc suy nghĩ và cảm xúc.
Sean Gunn trong vai Kraglin Obfonteri: Chỉ huy thứ 2 của Yondu trong Ravengers
Will Poulter trong vai Adam Warlock: Một con người mang sức mạnh nhân tạo được tạo ra bởi Sovereign.
