由韩三平、黄建新执导的《建党伟业》集合了108位明星出演，有刘烨、冯远征、张嘉译、李晨、李沁、周润发、潘粤明、刘德华、陈坤、聂远、张震等，刘德华 饰演蔡锷，中华民国初年的杰出军事领袖，刘德华脸庞的清瘦，同时目光如炬，与我们在老照片上看到的蔡锷形象几乎如出一辙，然后，刘德华的身量、气质很适合民国的军服，英气逼人。蔡锷一生中，做了两件大事：一件是辛亥革命时期在云南领导了推翻清朝统治的新军起义；另一件是四年后积极参加了反对袁世凯称帝、维护民主共和国政体的护国军起义。所以在影片中，刘德华在戏中提出对全民进行军事教育、军事训练，以提高国民素质。《建党伟业》中除了马少骅饰演的孙中山以外，几乎没有一位特型演员出演角色。制片方强调是“为了增强观众对电影的新鲜感。”“这次在演员的选择过程中做了大量的工作，按照形象、演技和表演风格来综合考虑。所以尽管起初大家都有质疑，但是一上妆他们就自然打消了自己的顾虑，很容易进入到角色中，而事实也证明他们都很好的胜任了影片的角色。”
《建党伟业》最终版说明书上列出了109人主要演员名单，与之前曝光的173人阵容大相径庭。于是观众在电影院中还有一个乐趣是数星星，范冰冰饰演清朝光绪皇帝的皇后隆裕。周迅饰演妇权解放运动成员王会悟，Angelababy则担任小凤仙一角，邓小平的扮演者是韩庚，而胡杏儿也有份参演，虽然没在主演名单上看到，但据说片中她有一秒钟的戏份，还是周润发替她求情，留下一秒钟。
吴宇森此次在《建党伟业》中饰演林森。这是一个重要历史人物，晚清名士，曾任国民政府主席、国民党中央政治委员会代理主席。饰演朱德的廖凡也表示，“我在拍戏之前也很担心，害怕不像朱德，后来上了妆我才宽心。”吴彦祖扮演的胡适，不仅仅扮相像，连气质、说话的感觉都很“胡适”。刘烨扮演的毛泽东，在辛亥革命后亮相，刘烨高大的个子、经过化妆后更大的双眼，使得青年毛泽东散发出卓然不群的气质。
