• Eddie Redmayne[5][6] sebagai Stephen Hawking[7]
• Felicity Jones[5] sebagai Jane Hawking[7]
• Charlie Cox sebagai Jonathan Jones[7]
• David Thewlis sebagai Dennis Sciama[7]
• Simon McBurney as Frank Hawking, ayah Stephen[7]
• Emily Watson sebagai Beryl Wilde, ibu Jane[7]
• Maxine Peake sebagai Elaine Mason, isteri kedua Stephen[7]
• Harry Lloyd sebagai Brian, teman sebilik Hawking[8]
• Guy Oliver-Watts sebagai George Wilde, bapa Jane
• Abigail Cruttenden sebagai Isobel Hawking, ibu Stephen
• Charlotte Hope sebagai Phillipa Hawking, adik Stephen[7]
• Lucy Chappell sebagai Mary Hawking, adik Stephen's sister
• Christian McKay sebagai Roger Penrose[7]
• Enzo Cilenti sebagai Kip Thorne[7]
• Georg Nikoloff sebagai Isaak Markovich Khalatnikov
• Alice Orr-Ewing sebagai Diana King, adik sahabat Stephen
• Frank Leboeuf[7]
• Michael Marcus sebagai Ellis, sahabat Hawking
• Adam Godley

Stephen Hawking tampil sebagai pencerita sendiri.