U ulozi J. Robert Oppenheimera gledaćemo Cillian Murphyja, dok Emily Blunt tumači lik njegove supruge, biologa i botaničarke Katherine “Kitty” Oppenheimer. Dobitnik Oskara, Matt Damon, glumi generala Leslie Groves Jr, direktora projekta Manhattan, dok je Robert Downey, Jr. u ulozi Lewis Strauss, osnivača Američkog komiteta za atomsku energiju.
Nominovana za Oskara, Florence Pugh glumi psihijatra Jean Tatlock, Benny Safdie igra teoretičara fizike Edward Tellera, Michael Angarano glumi Robert Serbera, A Josh Hartnett pionira američke nuklearne nauke, Ernesta Lawrencea.
U filmu OPPENHEIMER takođe glumi i dobitnik Oskara Rami Malek, kao i osam puta nominovan za Oskara glumac, scenarista, producent i reditelj Kenneth Branagh, koji je ranije sarađivao sa Nolanom.
