Reparto principal:
* Shia LaBeouf como Sam Witwicky
* Rosie Huntington-Whiteley como Carly Spencer
* Josh Duhamel como William Lennox
* Tyrese Gibson como Robert Epps
* Patrick Dempsey como Dylan Gould
* John Malkovich como Bruce Brazos
* Francés McDormand como Mdm. Anya Kovacs
Reparto de reparto:
* Kevin Dunn como Ron Witwicky
* Julia Blanca como Judy Witwicky
* Juan Turturro como el agente Simmons
* Zumbido Aldrin como él mismo
* Léonard Nimoy como Sentinel Prime (voz)
* Ken Jeong como Jerry Wang
Esta lista incluye tanto a los actores principales como a aquellos que desempeñaron papeles secundarios clave en la película.