· Tom Cruise como Ethan Hunt, agente del FMI y líder de un equipo de operativos.
· Jesse Eisenberg como Blue, un guacamayo de Spix macho de Moose Lake que nació en Río de Janeiro, padre de 3 hijos y pareja de Perla.
· Anne Hathaway como Perla, una guacamaya de Spix hembra de Río de Janeiro, madre de 3 hijos y pareja de Blue.
· Ving Rhames como Luther Stickell, técnico informático del FMI, mejor amigo de Hunt y miembro de su equipo.
· Simon Pegg como Benji Dunn, un agente técnico de campo del FMI, amigo de Hunt y miembro de su equipo.
· Rebecca Ferguson como Ilsa Faust, una agente desautorizada del MI6 que se alió con el equipo de Hunt durante Rogue Nation (2015) y Fallout (2018).
· Hayley Atwell como Grace, una ladrona y nueva aliada de Ethan.
· Rachel Crow como Carla, la hija amante de la música de Blue y Perla y la mayor de los hijos de Blue y Perla.
· Amandla Stenberg como Bia, la hija menor inteligente de Blue y Perla, la hija del medio.
· Pierce Gagnon como Tiago, el hijo menor, travieso y único de Blue y Perla
· will. como Pedro, un cardenal de cresta roja que es el mejor amigo de Nico.
· Jamie Foxx como Nico, un canario amarillo que es el mejor amigo de Pedro, le encanta la samba y cuyo sombrero con tapa de botella funciona como pandeiro.
· George López como Rafael, un tucán toco romántico, sabio y enérgico que es el compañero amoroso de Eva en el carnaval.
· Jake T. Austin como Fernando, el hijo adoptivo de Linda y Tulio.
· Andy García como Eduardo, el padre de Perla.
· Leslie Mann como Linda, una mujer estadounidense que adoptó a Blue durante 15 años y esposa de Tulio.
· Rodrigo Santoro como Tulio, ornitólogo brasileño y marido de Linda.
· Tracy Morgan como Luiz, un bulldog y experto en motosierras que babea.
· Bruno Mars como Roberto, el suave amigo de la infancia de Perla. Muere asesinado por unos misiles de un Dron MQ Predator.
· Rita Moreno como tía Mimi, hermana de Eduardo y tía de Perla.
· Henry Czerny como Eugene Kittridge, ex director del FMI y actual director de la CIA visto por última vez en Misión Imposible (1996).
· Vanessa Kirby como Alanna Mitsopolis, una traficante y corredora de armas del mercado negro que se conoce con el alias de "White Widow". Alanna es la hija de Max.
· Kenneth Branagh como Viktor Kozlov, un traficante de armas ruso del mercado negro y ecoterrorista.
· Jemaine Clement como Pepillo, una sádica cacatúa con cresta de azufre que busca vengarse de Blue por dañar su capacidad de volar, logra volar a través de injertos de metal hechos por Kozlov.
· Holt McCallany como Raymond Prudhomme el nuevo director de la FMI.
· Angela Bassett como Erika Sloane, la directora de la CIA
· Cary Elwes como Denlinger, el Director de Inteligencia Nacional
· Shea Whigham como Jasper Briggs, un agente de inteligencia estadounidense asignado a cazar a Ethan y su equipo.
· Greg Tarzan Davis como Degas, un agente de inteligencia estadounidense y socio de Briggs asignado para localizar a Ethan y su equipo.
· Joaquín Cosío como Raúl Sánchez Hernández, líder del cártel de las almas.
· Gael García Bernal como Fabricio Reyes, sicario del cártel de las almas y mano derecha de Raúl.
· Demián Bichir como Alejandro Lozano, aliado de Ethan Hunt en México
· Daniela Romo como Doña Rita, tendera de una tienda, aliada de Alejandro e Ethan.
· Damián Alcázar como Veterinario Chucho, veterinario quien atiende a Perla.
· Wolf Blitzer como él mismo.