钢铁侠
演员小罗伯特·唐尼..
配音凌云
美国亿万富翁和军火制造商，拥有独特的生活方式、智力和天才发明家，拥有赋予他超人力量、超人耐力、飞行能力和各种武器的动力装甲。这件盔甲是他设计的，大部分时间都是他穿着。
灭霸
演员乔什·布洛林。
为张闻天配音
泰坦，卡莫拉的养父。手握宇宙之力，主张宇宙的资源弥足珍贵，要毁灭宇宙一半的生命，才能维持宇宙的平衡。他让矮人国王制作无限手套，收集六颗无限宝石来对抗复仇者。
美国队长
演员克里斯·埃文斯。
为金永刚配音
因为《美国队长:内战》中的动作成为通缉犯，在灭霸抢夺灵魂宝石的时候带领黑寡妇和猎鹰回到复仇者联盟，带着黑寡妇、猎鹰、战争机器、班纳博士、幻视和猩红女巫来到瓦坎达共同对抗灭霸。
托尔
演员克里斯·海姆斯沃斯。
配音范申哲
雷神和其他阿斯加德神一样，雷神比凡人高，身体密度是凡人的三倍，所以战斗和搏击能力更强，对病毒、辐射、毒气等攻击免疫。托尔是大地之母弗里加的后裔，所以他比其他阿斯加德神更强大。他有着非凡的力量和速度，可以长时间战斗而不感到疲劳。他可以在不携带任何设备的情况下自由进入深海和太空。
奇异博士
演员本尼迪克特·康伯巴奇。
给盛丰配音
史蒂文·斯特兰奇曾是一名出色的外科医生，直到一场车祸严重损伤了他的神经，影响了他灵巧的手指。然后他去了东方，偶然成为了一名神秘的魔术师。后来，他接任最高法师，保护地球免受魔法和神秘力量的侵害。
明星爵
演员克里斯·帕拉特。
给张震配音
混血神，银河护卫队船长，卡蜜拉的男朋友。狂野不羁。在宇宙旅行时，他遇到了被灭霸严重虐待的托尔，然后带领银河护卫队阻止灭霸收集现实宝石。
浩克/布鲁斯·班纳
演员马克·艾伦·卢法洛。
为张运明配音(绿巨人)
；郭盛(版纳)
科学家布鲁斯·班纳(Bruce Banner)在一次保护他人的事故中被伽马射线照射，变成了绿巨人。当他情绪不稳定或生气时，他会改变。布鲁斯·班纳被军方通缉，多年来一直在逃，寻找控制自己情绪的方法。在复仇者联盟1中，他加入了复仇者联盟。
黑寡妇
演员斯嘉丽·约翰逊。
配音纪冠霖
娜塔莎十岁时，斯大林亲自下令将她交给间谍塔拉斯·罗曼诺夫，作为塔拉斯的“女儿”培养。她从养父那里学到了很多战斗和间谍技能。
黑豹
演员查德维克·博斯曼。
为金永刚配音
特查尔拉，本名特查拉，是非洲国家瓦坎达的国王，也是复仇者联盟的成员。他的妻子是风暴，x战警的成员。此外，Panther还是第一个出现在美国主流漫画公司的非讽刺黑人英雄。
蜘蛛侠
演员汤姆·赫兰德。
给杨天翔配音
彼得·帕克在一次课外活动中意外被放射性蜘蛛咬伤后，获得了和蜘蛛一样的特殊能力:蜘蛛感应，数十吨的蜘蛛力量，吸附能力，超人的耐力，反应，敏捷和速度，比普通人更快的自愈能力。有一次他在一次抢劫中放过了一个杀死自己叔叔本的小偷，这让他充满了悔恨，也让他意识到“能力越大，责任越大”，决定成为蜘蛛侠。
卡莫拉
演员佐伊·索尔达娜。
为张立民配音
星君的女友，曾经是灭霸的养女，在邪恶养父的教育下，有了“全宇宙最危险女人”的称号。在加入银河护卫队维护世界和平后，他爱上了星君船长。她是唯一知道灵魂宝石在哪里的人，她也是灭霸最喜欢的人。
绯红女巫
演员伊丽莎白·奥尔森。
给马配音
绯红女巫是电影中快音的双胞胎姐姐(比快音晚出生12分钟)。她加入复仇者联盟是因为和哥哥一起参与了九头蛇的秘密实验，被洛基权杖上的宝石赋予了超能力。
视觉幻觉；视力
演员保罗·贝坦尼。
给张震配音
电影中改编为钢铁侠设计的人工智能管家贾维斯(不是贾维斯)的升级版。身体由奥创制造，带有再生的摇篮，生命来自洛基权杖上的精神宝石。在布鲁斯班纳和托尼斯塔克上传贾维斯的意识后，被雷神之锤放电激活。因为有了精神宝石，我才能够举起雷神之锤，然后加入复仇者联盟。
战争机器
演员唐·钱德尔。
配音高增智
罗迪是钢铁侠托尼·斯塔克的好朋友，美国上校，美国陆军武器开发部门的负责人，斯塔克工业和美国陆军的中间人。铠甲以托尼的马克2为原型，在美国政府的协助下改进了这种铠甲的攻击系统。罗迪穿上它，从此他变成了一台战争机器，与钢铁侠并肩作战。
螳螂
演员庞·克莱门捷夫。
给马配音
全名未知，别名曼迪
塞莱斯汀出生在越南，由隐居在那里的外星帝国克里的一名僧侣抚养长大。螳螂被训练成战斗高手，并被选为“圣母”，与高度进化的植物种族结合，孕育出新的生命。她的超能力是多样化的，可以和植物交流，可以在太空生存，可以转移生命形态，可以发出能量爆炸，可以形成能量场等等。
毁灭者德拉斯
演员戴夫·巴蒂斯塔。
八佰伴张配音
毁灭者可以称为银河绿巨人。它和绿巨人一样大，拥有超人的体力，几乎可以抵御所有的物理攻击。他的主要武器是双刀。他可以飞行，可以发射能量波(后来毁灭者失去了这两个技能)，毁灭者可以在没有水和食物的情况下在外太空生存。
火箭浣熊
演员-
为布拉德利·库珀配音(英语)
；赵真(普通话)
火箭浣熊来自一个由动物护士照看的外星疯人院，是高度机械改造的动物之一。最先到达这个叫做“半”的地方
“世界”星球的外星生物为了研究建造了这座疯人院，但因为经费原因不了了之。在离开之前，他们留下了许多具有人工智能的机器人来照顾这些病人，并建立了一个能量场来确保病人的安全。
格鲁特
演员-
为范·迪塞尔配音(英语)
；张运明(普通话)
格鲁特是x星球的巨像，他拥有无穷的力量，极其聪明并能控制树木，并融合树木来治愈他的伤口，获得营养并增强力量，而且不怕火。在原著中，我和火箭浣熊关系很好，在电影版中，我是火箭浣熊的朋友兼保镖。Grut和漫画里的毁灭者一样，是自己星球的幸存者。不同的是Grut是行星X上的君主..
猎鹰
演员安东尼·麦凯。
给张震配音
山姆·威尔逊是前美国伞兵，在华盛顿退伍军人服务社工作。在他的军事生涯中，萨姆参与了一种用于空战的双翼背包系统的秘密开发和使用。猎鹰以其卓越的能力加入了美国队长和黑寡妇，成为他们可靠的盟友。
冬季士兵
演员塞巴斯蒂安·斯坦。
配音郝祥海
巴基·巴恩斯，一个少年，是美国队长的同伴。在一次任务中(红骷髅之后)，他捡起美队的盾牌救队长，却被撞下悬崖，被敌人救出。前苏联政府给他装上了机械电子手臂，把他改造成了盲目忠于他的“冬兵”。
奥克耶
演员达奈·古里拉。
给刘芊含配音
皇家卫队队长，黑豹的心腹，国防司令的宠臣。埃里克和防御指挥官在准备宣战的时候，用一种意想不到的方式成功挽救了现场。
星云
演员凯伦·希拉·吉兰。
为路配音
星云和卡蜜拉一样，是灭霸的养女。灭霸把他们训练成武器，他们在竞争中一起成长。她一直对她的姐姐卡蜜拉怀有深仇大恨。
国王
演员本尼迪特·王。
给富士通配音
王是卡玛泰姬陵的图书管理员，收藏了大量的神秘书籍。他不仅要决定谁值得看古代法师的私人书籍，还要防止神圣的咒语落入坏人之手。王为人谦逊而安静，从不出错。如果有人想偷图书馆的书，他们必须先通过王的通行证。
苏芮公主
演员勒提塔·赖特。
给马配音
特查拉同父异母的妹妹，最喜欢的地方就是自己的实验室，她为瓦坎达的黑科技做出了很多贡献。她不仅更新了黑豹的战斗服，使其具有吸收和释放动能的功能，还为自己制作了两把黑豹式的能量手枪。
洛基
演员汤姆·希德勒斯顿。
给尚虹配音
洛基和托尔从小一起长大，调皮狡猾，善于变化和欺骗。他虽然喜欢容忍他一切恶作剧的哥哥，但也嫉妒雷神一直被奥丁看重，被观众喜爱，却被诸神忽视。于是他让奥丁的宿敌冰霜巨人出现在雷神的加冕仪式上，毁了雷神的加冕仪式，让雷神无法成为国王。同时又是复仇者联盟在一战中的主要对手。