• Hugh Jackman sebagai Logan / Wolverine

• James McAvoy sebagai Patrick Stewart dan Charles Xavier / Professor X

• Michael Fassbender dan Ian McKellen sebagai Erik Lehnsherr / Magneto

• Jennifer Lawrence sebagai Raven Darkhölme / Mystique

• Halle Berry sebagai Ororo Munroe / Storm

• Nicholas Hoult dan Kelsey Grammer sebagai Hank McCoy / Beast

• Anna Paquin sebagai Marie / Rogue

• Ellen Page sebagai Kitty Pryde / Shadowcat

• Peter Dinklage sebagai Bolivar Trask

• Shawn Ashmore sebagai Bobby Drake / Iceman

• Omar Sy sebagai Bishop

• Evan Peters sebagai Peter Maximoff / Quicksilver

• Josh Helman sebagai Major William Stryker

• Daniel Cudmore sebagai Peter Rasputin / Colossus

• Fan Bingbing sebagai Blink

• Adan Canto sebagai Sunspot

• Booboo Stewart sebagai Warpath

Tambahan, Famke Janssen dan James Marsden menyambung watak mereka sebagai Jean Grey dan Scott Summers / Cyclops dalam penampilan kameo. Lucas Till menyambung wataknya sebagai Alex Summers / Havok. Evan Jonigkeit melakonkan watak Toad. Penulis komik X-Men, Len Wein dan Chris Claremont muncul sebagai ahli kongres Amerika Syarikat. Michael Lerner melakonkan watak Senator Brickman. Gregg Lowe melakonkan watak Ink. Mark Camacho melakonkan watak Presiden A.S. Richard Nixon. Singer membuat penampilan kameo sebagai seorang lelaki dengan kamera filem ketika Magneto berjalan keluar selepas Mystique melepaskan diri di Paris. Dalam babak pasca-kredit, Brendan Pedder melakonkan watak En Sabah Nur.[6]