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。影片中的这些试飞员,是以90后为主的新一代试飞员。他们年轻、血气方刚,有一种不服输、敢于挑战的精神。除了这些少年气外,他们还需要很强的专业知识——航天和机械相关的知识。刘晓世表示主演王一博是非常合适的人选,他所饰演的雷宇,还很年轻,有亲情和爱情的滋润。但面对这一系列试飞挑战前,他义无反顾,勇敢向前。