В фильме «Оппенгеймер» снимались следующие актёры:

• Киллиан Мёрфи — Роберт Оппенгеймер; 23
• Эмили Блант — Китти Оппенгеймер, жена учёного; 2
• Флоренс Пью — Джин Тэтлок, психиатр и член Коммунистической партии США; 2
• Роберт Дауни-мл. — Льюис Штраус, морской офицер, который два срока проработал в Комиссии по атомной энергии США; 2
• Мэтт Дэймон — генерал-лейтенант армии США Лесли Гроувз; 2
• Гари Олдман — Гарри С. Трумэн, 33-й президент США; 2
• Дилан Арнольд — Фрэнк Оппенгеймер, младший брат Роберта Оппенгеймера, профессор физики в университете штата Колорадо; 2
• Эмма Дюмон — Джеки Оппенгеймер, жена Фрэнка, невестка Роберта; 2
• Джош Хартнетт — Эрнест Лоуренс, американский физик-ядерщик. 2

Также в ролях второго плана снимались Том Конти, Рами Малек, Кеннет Брана, Кейси Аффлек, Густаф Скарсгард, Дэйн ДэХаан, Давид Дастмалян, Джеймс Д’Арси и другие. 2