• Keanu Reeves trong vai Neo/Thomas Anderson:[5] "One" được tiên tri từ phiên bản trước của Ma trận, Neo đã được máy móc sửa chữa và đưa vào một phiên bản mới của Ma trận, với ký ức của bị dập tắt để giữ anh trong tầm kiểm soát. Mặc dù đã 60 năm trôi qua kể từ khi Neo hy sinh, Neo mới chỉ già đi hai mươi tuổi nhờ sự thay đổi của máy móc đối với cơ thể của mình. Steven Roy đóng vai hiện thân của Neo gốc, trong các cảnh phản chiếu và nhiều cảnh bổ sung khác nhau.[6]
• Carrie-Anne Moss trong vai Trinity/Tiffany:[5] Có quan hệ tình cảm với Neo, người đã được Morpheus giải thoát khỏi Ma trận trong phần phim đầu tiên, và bị giết vào cuối Chiến tranh Máy móc. Máy móc phục hồi, sửa chữa và chỉnh sửa cơ thể của cô ấy và đưa cô ấy vào một phiên bản mới của Ma trận. Như với Neo, ký ức về cuộc sống trước đây của cô bị máy móc đè nén và cô trở thành Tiffany, một bà mẹ ba con ở ngoại ô có sở thích đi xe máy. Mặc dù đã sáu mươi năm trôi qua kể từ khi cô qua đời, Trinity chỉ mới 20 tuổi nhờ sự thay đổi của máy móc đối với cơ thể cô.
• Yahya Abdul-Mateen II trong vai Morpheus/Agent Smith:[7][8][9] Một chương trình được tạo ra như một phần của phương thức bởi Neo, người mang những đặc điểm của Morpheus ban đầu, hacker ban đầu đã giải thoát anh ta khỏi Ma trận, cũng như các khía cạnh của kẻ thù của Neo, Đặc vụ Smith.[10] Nhân vật được Laurence Fishburne thể hiện trong các phần phim trước; Phiên bản của nhân vật Fishburne xuất hiện thông qua việc sử dụng các cảnh quay lưu trữ.[9][11][12]
• Jessica Henwick trong vai Bugs:[13] Một tay súng có hình xăm Thỏ trắng, và là thuyền trưởng của thủy phi cơ Mnemosyne. Henwick mô tả nhân vật của cô là "đôi mắt của khán giả".[10]
• Jonathan Groff trong vai Smith:[14][15] Đối tác kinh doanh của Thomas và kẻ thù không đội trời chung của Neo và Đặc vụ của Ma trận.[16] Nhân vật do Hugo Weaving thể hiện trong các phần phim trước; Weaving cũng xuất hiện như Smith thông qua việc sử dụng các cảnh quay lưu trữ.[9] Để chuẩn bị cho vai diễn, Groff đã xem các clip trên YouTube có màn trình diễn của Weaving, xem lại bộ ba phim gốc và đọc Frankenstein của Mary Shelley, tác phẩm The Berlin Stories của Philip K. Dick và Christopher Isherwood, mặc dù anh ấy không muốn gây ấn tượng với Weaving, cảm thấy gắn bó hơn với vai diễn trong các cảnh chiến đấu. Do sự cống hiến của anh ấy trong quá trình luyện tập cho các cảnh như vậy, Groff được một thành viên của đội đóng thế đặt biệt danh là "The Savage".[17]
• Neil Patrick Harris trong vai The Analyst:[14] Người tạo ra sự lặp lại hiện tại của Ma trận, người giả dạng là bác sĩ trị liệu của Thomas, làm việc chặt chẽ với bệnh nhân của anh ta để hiểu ý nghĩa đằng sau những giấc mơ của anh ta và phân biệt chúng với "thực tế" trong khi giữ anh ta trong Ma trận.[9]
• Priyanka Chopra Jonas trong vai Sati:[18] Một chương trình lưu vong được tạo ra mà không có mục đích đã gặp Neo ngay trước khi Chiến tranh Máy móc kết thúc. Nhân vật do Tanveer K. Atwal thể hiện trong The Matrix Revolutions.
• Christina Ricci trong vai Gwyn de Vere:[19] Một giám đốc điều hành kinh doanh tại công ty trò chơi điện tử của Thomas.
• Jada Pinkett Smith trong vai Niobe:[9] Một vị tướng của pháo đài loài người Io và là cựu thuyền trưởng của thủy phi cơ Logos . Smith thể hiện vai diễn của cô từ hai bộ phim trước. Phải mất năm giờ để trang điểm trang điểm giả của Smith để tạo ra diện mạo mà nhân vật của cô ấy đã 60 tuổi.[20]
• Telma Hopkins trong vai Freya:[21][22] Người đứng đầu ngành thực vật học ở Io .
• Chad Stahelski trong vai Chad:[23] Chồng của Tiffany. Stahelski là đóng thế kép của Keanu Reeves, đồng thời là điều phối viên đóng thế cho các phim trước.
• Lambert Wilson trong vai The Merovingian:[24][9] Một kẻ buôn bán thông tin tự xưng đã gặp Neo trước khi Chiến tranh Máy móc kết thúc; bây giờ anh ta tìm cách trả thù Neo vì đã vô tình tước bỏ mục đích của anh ta khi Ma trận trước đó bị phá hủy. Wilson thể hiện vai diễn của mình từ hai phần trước.
• Brian J. Smith trong vai Berg:[15] Một thành viên phi hành đoàn của Mnemosyne, nghiên cứu về Neo.
• Toby Onwumere trong vai Sequoia:[15] Nhà điều hành của Mnemosyne.
• Max Riemelt trong vai Sheperd:[15] Đội trưởng đáng tin cậy nhất của Niobe tại Io.
• Eréndira Ibarra trong vai Lexy:[25] Một thành viên phi hành đoàn của Mnemosyne, thần tượng Trinity.
• Freema Agyeman trong vai Astra[26]

Ngoài ra, Andrew Lewis Caldwell và Ellen Hollman lần lượt xuất hiện trong vai Jude và Echo.[27][28] Julian Grey và Gaige Chat cũng lần lượt xuất hiện với tư cách là con trai của Tiffany là Brandon và Donnie.[29] Daniel Bernhardt đã được thông báo là sẽ trở lại vai trò Đặc vụ Johnson từ The Matrix Reloaded,[30][9] nhưng cảnh của anh ấy đã bị cắt khỏi bộ phim cuối cùng. Tom Hardy được quay ở nền không được công nhận là xuất hiện trong vai khách mời, do The Matrix Resurrections quay ở San Francisco cùng lúc với Venom: Let There Be Carnage, trong đó Hardy đóng vai chính Eddie Brock/Venom.[31]

Quá trình quay phim

Không giống như những bộ phim trước, được quay chủ yếu ở Úc,[32] The Matrix Resurrections được quay ở Hoa Kỳ và Châu Âu.