俳優の起用はプロデューサーと俳優一人一人との面談形式で行われ、従来のオーディション形式はアシスタントプロデューサーを中心とした補助的なものとなった[11][308]。クランクイン直前まで決まらない役もあったが、時間をかけたことで俳優と役との親和性が高いものとなった[11]。また、シド役の波岡一喜や凰蓮役の吉田メタルなどのキャストはオーディションではなくスタッフからのオファーによって起用された[4]。
主演の佐野岳は身体能力の高さから生身でのアクションも多くこなし、スーツアクターの高岩成二・アクション監督の石垣広文・JAE代表の金田治らは佐野の身体能力を高く評価しており[309]、仮面ライダーシリーズの歴代主演俳優で最も身体能力が高いと称されている[出典 11]。 負傷により前作ではレギュラーを担当していなかった永徳は、本作品では仮面ライダーバロン役として2号ライダー役に復帰した[321]。 マリカ役の佃井皆美とシグルド役の金子起也はレギュラーでのスーツアクターを本作品で初めて担当し[322]、龍玄役の佐藤太輔とグリドン役の岡田和也も初めてレギュラーで仮面ライダー役を担当している[323]。またデューク役の富永研司がレギュラー出演するのも『仮面ライダークウガ』以来である[324]。今井靖彦も『炎神戦隊ゴーオンジャー』以来に東映ヒーロー作品のスーツアクターに復帰した[325]。
レギュラー・準レギュラー
葛葉紘汰 / 仮面ライダー鎧武 - 佐野岳[注釈 51]
駆紋戒斗 / 仮面ライダーバロン - 小林豊
呉島光実 / 仮面ライダー龍玄 / 仮面ライダー斬月・真 - 高杉真宙
高司舞（始まりの女） - 志田友美
呉島貴虎 / 仮面ライダー斬月 / 仮面ライダー斬月・真 - 久保田悠来[注釈 52]
戦極凌馬 / 仮面ライダーデューク[312][注釈 53] - 青木玄徳（7 - 43）
湊耀子 / 仮面ライダーマリカ - 佃井皆美（15 - 45）
チャッキー - 香音（Lucky Color's）
リカ - 美菜（Lucky Color's）
ラット - 小澤廉
ザック / 仮面ライダーナックル - 松田岳
ペコ - 百瀬朔
初瀬亮二 / 仮面ライダー黒影 - 白又敦（2 - 14、37）
城乃内秀保 / 仮面ライダーグリドン - 松田凌[注釈 54]（3 - 47）
凰蓮・ピエール・アルフォンゾ / 仮面ライダーブラーボ - 吉田メタル（6 - 47）
葛葉晶 - 泉里香
阪東清治郎 - 弓削智久
イヨ[注釈 55] - 那月結衣
角居裕也 - 崎本大海[注釈 56]（1、14、40）
シド / 仮面ライダーシグルド - 波岡一喜（1 - 31）
DJサガラ - 山口智充（1 - 46）
ダンサー - 掛札拓郎、飯塚大夢、加藤真也、本間優太、久本浩史、郷田知徳、山﨑裕太朗、竹井啓人、小川史記、井上孝介、山本和希、稲毛友紀、清水涼子、柴田茉衣、並木桂、RIKU、ZEN、AYANO、みよこ、せいら、都築雄太、熊田純也、赤松昌樹、長井剛、田嶋剛士、成田高一
ゲスト
曽野村 - 北代高士（6、16）
フルーツパーラーの客 - 宇佐美佑果 （テレビ朝日アナウンサー / 9）
紘汰にサインを求めた人 - 戸井智恵美（12、13）、栗城亜衣（12）
チームPOP UP - 仮面ライダーGIRLS（18）
ジロー / キカイダー - 入江甚儀（30）
幼少時代の紘汰 - 鳥居颯（30）
ユグドラシルの各国幹部 - マーク・チネリー、パトリック・ロード、王暁東（33）
まさと[注釈 55] - 谷口寛介（33、34）[313]
幼少時代の光実 - 松田北斗（36）
少年時代の貴虎 - 上田晟人（36）
中村憲剛（チームバロンの助っ人） - 中村憲剛（本人役 / 37）
太田宏介（チームシャルモンの助っ人） - 太田宏介（本人役 / 37）
謎の少年（ラピス） - 田中偉登（37）
仮面ライダーマルスの声 - 片岡愛之助（特別出演 / 37）
王妃 - 岩崎ひろみ（41）
自衛隊員[注釈 55] - 横山一敏（45）[314]
少女 / 仮面ライダー邪武[注釈 57] - 安藤穂乃果（47）
声の出演
ナレーション - 大塚芳忠
デェムシュ - 杉田智和（23 - 32）
レデュエ - 津田健次郎（24 - 41）
ロシュオ - 中田譲治（27 - 41）
初級インベス、黒影トルーパー - 穴井勇輝[316][317]、小峰一己[318]
戦極ドライバー関連アイテム音声 - 平床政治[319][320]
スーツアクター