Sau đây là dàn diễn viên của Ready Player One: Đấu trường ảo. Mặc dù có 166 diễn viên tham gia vào bộ phim nhưng đề mục này chỉ liệt kê những diễn viên thủ vai những nhân vật có ảnh hưởng đến nội dung của phim:[10]

• Tye Sheridan vai Wade Watts/Parzival, một Kẻ săn trứng muốn giành chiến thắng để thoát khỏi cảnh nghèo túng.
• Olivia Cooke vai Samantha Cook/Art3mis, một Kẻ săn trứng nổi tiếng, hợp tác với các đồng minh của mình nhằm giúp OASIS không bị IOI chiếm lấy, cả trong game lẫn ngoài đời thực.
• Ben Mendelsohn vai Nolan Sorrento, CEO của IOI và là kẻ có khát vọng sở hữu OASIS.
• Lena Waithe vai Helen Harris/Aech, một Kẻ săn trứng và là bạn thân của Wade, xuất hiện với vai trò là một thợ máy trong OASIS.
• T.J. Miller vai i-R0k, một đặc vụ tự do và lính đánh thuê thường được IOI tuyển dụng. Tên của ông giống với một nhân vật trong tiểu thuyết, nhưng những mặt khác thì không liên quan.
• Simon Pegg vai Ogden Morrow/Quản gia, đồng sáng lập của OASIS, người sau đó đã rời khỏi Gregarious Games. Ông lo ngại rằng nhiều người đã phụ thuộc quá nhiều vào trò chơi.
• Mark Rylance vai James Halliday/Anorak Biết tuốt, đồng sáng lập của OASIS, sau khi chết ông đã tuyên bố trong một video rằng sẽ trao OASIS cho người đầu tiên tìm được Trứng phục sinh.
• Philip Zhao vai Akihide Karatsu/Sho, một Kẻ săn trứng người Trung Quốc và là một trong "Ngũ đại". Cậu được dựa trên Akihide "Shoto" Karatsu, một Kẻ săn trứng người Nhật trong tiểu thuyết.
• Win Morisaki vai Toshiro Yoshiaki/Daito, một Kẻ săn trứng người Nhật và một trong "Ngũ đại".
• Hannah John-Kamen vai F'Nale Zandor, trưởng bộ phận hoạt động của IOI trong thế giới vật chất, đồng thời quản lý các chương trình giám sát những con nợ theo hợp đồng làm việc trong Trung tâm thu nợ của IOI.[11]

Ngoài ra, Susan Lynch xuất hiện trong phim với vai Alice, dì của Wade; Ralph Ineson trong vai Rick, bạn trai của Alice; Perdita Weekks trong vai Karen "Kira" Underwood, vợ của Morrow; Clare Higgins trong vai bà Gilmore, hàng xóm của Wade. McKenna Grace và Lulu Wilson trong vai những học sinh tiểu học sử dụng OASIS, còn Jacob Bertrand thủ vai một học sinh trung học sử dụng OASIS.