Thành công của New Hollywood còn gắn liền với sự ra đời của một thế hệ ngôi sao điện ảnh mới có tài năng thực sự. Phong cách làm phim theo chủ nghĩa hiện thực của các đạo diễn New Hollywood được sự hỗ trợ rất nhiều từ các diễn viên thuộc trường phái diễn xuất hiện thực tâm lý do đạo diễn sân khấu Nga Constantin Stanislavski đề xướng. Rất nhiều đại diện xuất sắc của trường phái này xuất thân từ một trường điện ảnh danh tiếng, Actors Studio, có thể kể tới Al Pacino, Dustin Hoffman, Gene Hackman, Harvey Keitel, Robert De Niro và trước đó một chút là Paul Newman, Marlon Brando. Thay vì nhập vai theo kiểu biểu hiện như phần nhiều các diễn viên thời Hollywood cổ điển, các diễn viên của thế hệ New Hollywood hóa thân thực sự vào nhân vật và đem tới cho khán giả hình ảnh chân thật của những nhân vật được miêu tả trong kịch bản.

Bốn ngôi sao xuất sắc và danh tiếng nhất của giai đoạn này có lẽ là Jack Nicholson, Dustin Hoffman và hai ngôi sao của Bố già là Al Pacino và Robert De Niro. Loạt phim Bố già và Bố già phần II cũng là bệ phóng cho rất nhiều diễn viên chủ lực sau này của Hollywood như Diane Keaton, John Cazale và Robert Duvall. Khác với giai đoạn Hollywood cổ điển khi các ngôi sao nữ chiếm lĩnh màn ảnh, thập niên 1970 chứng kiến rất ít ngôi sao nữ thực sự, một số ít đại diện tiêu biểu có thể kể tới Faye Dunaway, Jane Fonda, Barbra Streisand, Diane Keaton hay Ellen Burstyn. Ngôi sao lớn duy nhất còn sót lại của Hollywood cổ điển có lẽ là Marlon Brando, người có sự nghiệp hồi sinh nhờ các vai diễn trong phim của Francis Ford Coppola như Bố già và Apocalypse Now.

Vượt ra khỏi vị trí diễn viên thông thường, Warren Beatty và Robert Redford không những là các ngôi sao điện ảnh mà còn trở thành các đạo diễn hết sức thành công theo bước của Clint Eastwood.