《满江红》中孙均和张大是舅甥关系，影片中沈腾饰演的张大管易烊千玺饰演的孙均叫舅。孙均和瑶琴是夫妻关系。何立和武义淳是秦桧的下属。
沈腾所饰演的效用兵张大，是被裹挟进巨大阴谋的小兵，但眼神中的坚毅又透露出他仿佛并不简单；易烊千玺所饰演的孙均则是亲兵营副统领，以胡须与伤疤造型亮相，眼神冷厉锐不可当。故事中，两人受命调查金国使者之死而陷入危机四伏的境况之中。
张译饰演宰相府总管何立，他手拿折扇的造型显露其文官身份，但微妙的眼神似乎洞悉一切；备受关注的宰相秦桧一角则是由雷佳音饰演，他身着黑披风，眼神阴郁，反差表现充满惊喜；由岳云鹏所饰演的宰相府副总管武义淳以傲睨之姿魄力外露；新人演员王佳怡饰演的瑶琴虽是舞姬，但凛冽眼神显示出其深不可测。
此外，潘斌龙饰演打更兵丁三旺，余皑磊饰演马夫刘喜，郭京飞饰演亲兵营统领王彪，欧豪饰演禁军磐龙营副将郑万，魏翔饰演金国传译哈登，张弛饰演左卫陈亮，黄炎饰演右卫胡永，许静雅饰演侍女蓝玉，蒋鹏宇饰演侍女绿珠，林博洋饰演舞姬柳燕，飞凡饰演舞姬青梅，任思诺饰演桃丫头，陈永胜饰演传令兵。
《满江红》女性角色虽少却很关键
《满江红》大部分是男性角色，王佳怡饰演的“瑶琴”虽然戏份不多，却至关重要。陈宇和张艺谋都认为，这部影片中一定要有一个女性角色的存在。自古以来，家国情怀的故事中曾涌现出很多可歌可泣的女性。“瑶琴”这个名字来自岳飞另一首著名的词《小重山·昨夜寒蛩不住鸣》中的“欲将心事付瑶琴”。
片中张大被严刑拷打后，精神一度崩溃，这时候是瑶琴的壮举，重新点燃了张大心中的热火，“瑶琴以自己的命来完成这件事情，你觉得我还能苟活下去吗？”张大这样跟孙均说道。为此，编剧陈宇特意在张大和瑶琴之间设计了“樱桃”这个细节。这个细节，象征着美好的爱情和生活，也是他们之所以愿意以命相搏的终极理由。