《天注定》主要演员表如下：
大海由姜武饰演：姜武原名姜小兵，是中国著名演员，毕业于北京电影学院表演系90级，在校期间担任班长。1999年，他因电影《洗澡》中成功塑造二明一角名声大噪，享誉中外。其电影代表作包括《活着》《葛老爷子》《我的唐朝兄弟》《美丽新世界》，曾多次获得国际电影节影帝。他是电视银幕上朴实好男人的形象代言人，代表作有《空镜子》《别了温哥华》《小姨多鹤》《永不回头》《我是老板》等。在《天注定》中，姜武饰演的大海对村里的煤矿被富豪侵占感到愤怒，试图告状却因不知道中纪委地址而无法寄信，挑衅富豪后被铁锹打得头破血流，从此多了一个高尔夫球的外号。
三儿由王宝强饰演：王宝强是中国著名演员，1984年出生于河北省邢台市南和县贾宋镇大会塔村，6岁开始练习武术，8岁在河南嵩山少林寺做俗家弟子，之后来到北京的剧组当武行做群众演员。20岁时主演独立电影《盲井》获金马奖最佳新人奖及法国、泰国电影节影帝奖。之后参演多部影视剧，凭《士兵突击》获得双料金鹰奖，以其接地气的形象深受观众喜爱。2011年，王宝强携新作《Hello!树先生》荣获俄罗斯、美国纽约、意大利电影节影帝奖及亚太电影大奖，成为大陆80后男演员的领军人物第一人。在《天注定》中，王宝强饰演的三儿过年时回到家乡，在外冷静无情地抢劫杀人，一把手枪让他走遍大江南北，听到枪声才觉得不无聊，家里人对他的回归并没有太大反应，母子、兄弟之情也逐渐淡漠。
小玉由赵涛饰演：赵涛是著名国际影星，中国电影女演员，山西太原人，毕业于北京舞蹈学院民舞系。2000年因参演贾樟柯导演的电影《站台》而一举成名。2006年，其主演的电影《三峡好人》摘得63届威尼斯国际电影节金狮奖。2012年凭借电影《我是丽》荣获意大利电影金像奖最佳女主角和阿斯蒂电影节最佳女主角奖，是首位荣获意大利金像奖影后的亚洲演员。多年来赵涛在欧洲电影观众中拥有极高辨识度和知名度。2013年凭《天注定》第三次获得提名戛纳国际电影节最佳女主角，但最终惜败于贝热尼丝贝乔再度无缘影后桂冠。在《天注定》中，赵涛饰演的小玉等待着情人在自己和妻子之间做出选择，但看来是等不到了，妻子带人将她暴打了一顿。
小辉由罗蓝山饰演：罗蓝山是内地知名男演员，就读于湖南大众传媒职业技术学院，《天注定》是罗蓝山的处女作。在《天注定》中，罗蓝山饰演的湖南人小辉做工人时让同事割破了手，于是跑到东莞一个夜总会打工，认识了李梦饰演的三陪女。
