Nuevamente el reparto estará encabezado por Chris Pratt como Peter Quill/Star-Lord, Zoe Saldana como Gamora, Dave Bautista como Drax El Destructor, Vin Diesel (voz de Groot) y Bradley Cooper (voz de Rocket), además de Michael Rooker, Karen Gillan y Sean Gunn. Se incorporan al elenco Kurt Russell, quien le dará vida al padre de Peter Quill; Elizabeth Debicki, Pom Klementieff, Silvester Stallone como un miembro de los Ravangers, la banda liderada por Yondu; y Chris Sullivan.