玛格特·罗比饰演芭比,瑞恩·高斯林饰芭比的男友肯,艾玛·麦基、Dua Lipa、凯特·麦金农、亚历山德拉·西普、伊萨·雷等也饰演芭比,刘思慕、舒提·盖特瓦、金斯利·本-阿迪尔、迈克尔·塞拉等也饰演肯(总之就是有很多个芭比很多个肯)。威尔·法瑞尔、亚美莉卡·费雷拉、阿丽亚娜·格林布拉特出演普通人类角色。有趣的是,在20多年前的《冲天飞豹》里,主演年轻试飞员的正是胡军,如今在《长空之王》里他已成长为大队长,这样的选角不仅体现了中国军人的传承,试飞员的后继有人,更强调了培养方向的转变。在如今“专家型试飞员”的新时代需求下,雷宇在K-8V上的冒进失误得到了原谅,他在反尾旋伞上的自主创新得到了支持——而这种组织上的“重视人才”则是许多军事题材影视剧中常见的“传统”。