Michael Cera trong vai Scott Pilgrim, một chàng trai người Canada 22 tuổi, người đã yêu Ramona Flowers từ cái nhìn đầu tiên. Anh là người chơi guitar bass của ban nhạc Sex Bob-omb.
Mary Elizabeth Winstead vai Ramona Flowers, một cô gái giao hàng người Mỹ bí ẩn với các cuộc hẹn hò trong quá khứ là nguyên nhân của toàn bộ kịch bản phim.
Kieran Culkin vai Wallace Wells, bạn cùng phòng 25 tuổi đồng tính của Scott và cũng là bạn thân nhất của anh.
Ellen Wong vai Knives Chau, một nữ sinh trung học 17 tuổi, người hẹn hò với Scott ngay trước khi anh gặp được Ramona.
Alison Pill trong vai Kim Pine, tay trống 23 tuổi của ban nhạc Sex Bob-omb và là một trong số các bạn gái cũ của Scott.
Mark Webber trong vai Stephen Stills, ca sĩ hát chính 22 tuổi và là "tài năng" của ban nhạc Sex Bob-omb.
Anna Kendrick trong vai Stacey Pilgrim, em gái 18 tuổi của Scott, hay cho anh mình những lời khuyên quái dị.
Brie Larson trong vai Natalie V. "Envy" Adams, một trong những bạn gái cũ của Scott giờ đã thành ca sĩ chính của ban nhạc nổi tiếng Clash at Demonhead.
Chris Evans trong vai Lucas Lee, một vận động viên trượt ván "khá giỏi" chuyển sang làm một ngôi sao phim hành động "khá giỏi".
Brandon Routh trong vai Todd Ingram, tay chơi guitar bass cho ban nhạc Clash at Demonhead, người sở hữu những sức mạnh tâm linh nhờ ăn chay; anh ta cũng là bạn trai của Envy Adams - bạn gái cũ của Scott.
Jason Schwartzman trong vai Gideon Gordon Graves, quản lý của Chaos Theatre (Nhà hát Hỗn mang), nhà tài trợ của ban nhạc Sex Bob-Omb và là kẻ đứng đằng sau hiệp hội những người yêu cũ xấu xa.
Các nhân vật khác
Kjartan Hewitt trong vai Jimmy, bạn trai của Stacey; Wallace cướp mất cậu ta và 2 người đã hôn nhau lúc Ramona rời đi trong vòng đầu của Cuộc thi giữa các ban nhạc ở "Rockit"; từ phản ứng của Stacey thì có vẻ trước đây Wallace đã từng làm việc tương tự như thế rồi.
Ben Lewis trong vai Scott khác, một bạn trai nữa của Wallace
Chantelle Chung trong vai Tamara Chen, bạn thân nhất của Knives
Tennessee Thomas trong vai Lynette Guycott, tay trống của ban nhạc The Clash at Demonhead.
Maurie W. Kaufmann trong vai Joel, một thành viên của ban nhạc Crash and the Boys
Abigail Chu trong vai Trisha "Trasha" Ha, tay trống nhí 8 tuổi của ban nhạc Crash and the Boys
