程莉莎——饰演金蓓蓓
北京人民艺术剧院青年演员，主要作品有话剧《第一次亲密接触》，饰演“轻舞飞扬”；《生死极限》、《京都女神探》等等。
郭晓晓——饰省刑警总队副总队长盛芳冰
北京电影制片厂演员，曾出演《爱情危机》、《谈情说爱》；电视剧《热土》、《法人代表》、《日落紫禁城》、《男人离婚》、《真情告白》、《铁甲英豪》等多部作品，是不可多得的实力派演员。
吕中——饰演江母
北京人民艺术剧院主要演员，曾出演电视剧《致命邂逅》，在电视剧《走向共和》中饰演慈禧太后。
潘娟——饰袁艳
北京电影学院留校教师，曾出演《男孩向前冲》，饰张倩一并获得电视电影“百合奖”；《金粉世家》，饰三姨太翠姨；《生死速递》等多部作品；
苏茂——饰演刑侦支队长周雄
总政话剧团演员，曾出演电视剧《走向共和》饰邓世昌；《乾隆王朝》饰额森特；《还珠格格3》等多部作品。
王刚——饰省公安厅厅长李原
资深演员，主要作品《寻找回来的世界》、《黑太阳731》、《戏剧人生》，荣获过飞天奖。
尽管王刚在电视剧《寻找回来的世界》、电影《黑太阳731》中塑造了令人难忘的角色，还凭《戏剧人生》荣获过飞天奖，这位年近花甲的老演员却一直保持着低调的态度。王刚此次在《天不藏奸》中扮演省公安厅长李原，不仅在剧中和江啸集团斗智斗勇，还和扮演江啸的王亚楠大飙演技。面对自己过去的荣誉，王刚显得低调而冷静：“作品是帮助我了解自己的，而不仅仅是带来荣誉。这次有机会扮演公安厅长，是对我自身的再一次认识。”
王亚楠——饰犯罪团伙首犯江啸
上海电影制片厂演员，曾出演电视剧《天下粮仓》、《末代皇妃》等多部作品，有“上海第一小生”之美称。
王亚楠自从在《天下粮仓》中饰演米河一炮打响后，一发不可收拾，相继主演了《末代皇妃》、《风声鹤唳》等电视剧，大多塑造的是善良、真诚，对爱情忠贞不渝的公子形象。希望戏路进一步拓展的王亚楠坦言，非常期盼能够演一个反面角色，考验一下自己的演技。当接到《天不藏奸》中头号坏蛋江啸的角色时，他马上就答应了。
《天不藏奸》是以震惊全国的刑事案件为原型的电视连续剧，其中江啸的是南方某省为害七年之久的犯罪集团的首领。王亚楠对这个角色非常着迷：“江啸是一个高智商的坏蛋，他看上去温文尔雅的，在生活中非常有修养，去饭店吃饭会对服务员说谢谢；对自己的女朋友也很体贴，可是这个人又城府很深，杀人抢劫干得滴水不漏。就是这种高度统一的矛盾激发了我的创作欲望。”王亚楠说：“我希望把江啸演的让人恨得牙根痒痒。”
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