核心主演：沈腾、马丽领衔
沈腾 饰演“人”独孤月，一个因意外被遗落在月球的维修工。他用标志性的“沈氏幽默”将孤独与乐观融合，从初期的自暴自弃到为守护地球奋起，肢体语言与台词节奏精准戳中笑点，更在后期贡献“人类高质量哭戏”。
马丽 饰演地球基地指挥官马蓝星，作为独孤月的“白月光”，她以冷静果断的飒爽形象贯穿始终，一句“你不是一个人”成为连接月球与地球的情感纽带，细腻演技平衡了科幻的硬核与喜剧的柔软。
月球“独苗”与地球“后援团”
常远 客串“顶流歌星”葫芦丝，虽是短暂出场，却以魔性歌声和夸张造型成为全片“笑点炸弹”；黄才伦 饰演基地技术员“刚子”，一本正经的“冷幽默”与沈腾形成反差萌。
郝瀚 饰演金刚鼠，全程依靠肢体动作与表情演绎“月球猛宠”，从与独孤月的针锋相对到并肩作战，成为推动剧情的关键角色，其憨厚与勇猛的反差收获数观众喜爱。
李嘉琦 饰演基地通讯员“魏辣思”，一口地道方言与直爽性格，既是信息传递的“吐槽担当”，也用市井气的真实感拉近观众与科幻世界的距离。
开心麻花“熟面孔”与新势力
王成思 饰演“肌肉担当”朱皮特，壮硕身材与呆萌人设形成喜剧张力；高海宝 饰演“技术宅”葫芦丝经纪人，精打细算的小市民形象让角色更接地气。
杨铮 饰演冷静理智的科学家，用沉稳的表演为影片入“硬核感”；史彭元 作为年轻演员代表，饰演地球幸存者少年，眼神中传递的希望与韧性成为情感催化剂。
徐志胜 以脱口秀演员身份跨界，饰演“气氛组”成员，自带喜感的外形与即兴发挥的台词，让角色充满“野生笑点”。
黄金配角：细节处见功力
杜晓宇 饰演基地总工程师，严肃外表下的“反差萌”为紧张剧情增添轻松；李海银 饰演“八卦小记者”，用夸张的播报方式串联起地球视角的“实时吃瓜”；陶亮 饰演“安全负责人”，一本正经的教条主义与突发状况的慌乱形成鲜明对比；王智 特别出演“女神教官”，短暂出场却以飒爽英姿成为独孤月的“精神灯塔”。
从沈腾、马丽的王牌组合到“金刚鼠”郝瀚的突破性演绎，再到徐志胜等新势力的惊喜加盟，15位演员如同15颗星辰，在《独行月球》的宇宙中各自闪耀。他们用喜剧的外壳包裹科幻的内核，让观众在笑声中感受“小人物的大情怀”，也让这部电影成为中国科幻喜剧的里程碑之作。
开心麻花“熟面孔”与新势力
王成思 饰演“肌肉担当”朱皮特，壮硕身材与呆萌人设形成喜剧张力；高海宝 饰演“技术宅”葫芦丝经纪人，精打细算的小市民形象让角色更接地气。
杨铮 饰演冷静理智的科学家，用沉稳的表演为影片入“硬核感”；史彭元 作为年轻演员代表，饰演地球幸存者少年，眼神中传递的希望与韧性成为情感催化剂。
徐志胜 以脱口秀演员身份跨界，饰演“气氛组”成员，自带喜感的外形与即兴发挥的台词，让角色充满“野生笑点”。
黄金配角：细节处见功力
杜晓宇 饰演基地总工程师，严肃外表下的“反差萌”为紧张剧情增添轻松；李海银 饰演“八卦小记者”，用夸张的播报方式串联起地球视角的“实时吃瓜”；陶亮 饰演“安全负责人”，一本正经的教条主义与突发状况的慌乱形成鲜明对比；王智 特别出演“女神教官”，短暂出场却以飒爽英姿成为独孤月的“精神灯塔”。
从沈腾、马丽的王牌组合到“金刚鼠”郝瀚的突破性演绎，再到徐志胜等新势力的惊喜加盟，15位演员如同15颗星辰，在《独行月球》的宇宙中各自闪耀。他们用喜剧的外壳包裹科幻的内核，让观众在笑声中感受“小人物的大情怀”，也让这部电影成为中国科幻喜剧的里程碑之作。
从沈腾、马丽的王牌组合到“金刚鼠”郝瀚的突破性演绎，再到徐志胜等新势力的惊喜加盟，15位演员如同15颗星辰，在《独行月球》的宇宙中各自闪耀。他们用喜剧的外壳包裹科幻的内核，让观众在笑声中感受“小人物的大情怀”，也让这部电影成为中国科幻喜剧的里程碑之作。