Peranan utama

• Gal Gadot sebagai Puteri Diana / Wonder Woman
  • Emily Carey sebagai Diana (12 tahun)
  • Lilly Aspell sebagai Diana (8 tahun)
• Chris Pine sebagai Steve Trevor
• Robin Wright sebagai Antiope
• Danny Huston sebagai Erich Ludendorff
• David Thewlis sebagai Patrick Morgan / Ares
• Connie Nielsen sebagai Hippolyta
• Elena Anaya sebagai Isabel Maru / Doctor Poison
• Lucy Davis sebagai Etta Candy (setiausaha Trevor)
• Ewen Bremner sebagai Charlie (rakan Trevor)
• Eugene Brave Rock sebagai Chief Napi (rakan Trevor)

Peranan sampingan

• Lisa Loven Kongsli, Mayling Ng, Florence Kasumba, Madeleine Vall Beijner, Hayley Jane Warnes dan Ann Wolfe diberikan peranan sebagai Menalipp, Orana, Acantha, Egeria, Aella dan Artemis bagi menjayakan watak-watak dari puak Amazon.
• James Cosmo sebagai Douglas Haig
• Steffan Rhodri sebagai Darnell
• Doutzen Kroes sebagai Venelia dari Amazon
• Samantha Jo sebagai Euboea dari Amazon
• Zack Snyder sebagai seorang askar yang tidak bernama (penampilan kameo)