| Audrey Tautou (Amélie Poulain) |
| Mathieu Kassovitz (Nino Quincampoix) |
| Rufus (Raphaël Poulain) |
| Isabelle Nanty (Georgette) |
| Dominique Pinon (Joseph) |
| Yolande Moreau (Madeleine Wallace) |
| Jamel Debbouze (Lucien) |
| Artus de Penguern (Hipolito) |
| Lorella Cravotta (Amandine Poulain) |
| Serge Merlin (Raymond Dufayel) |
| Clotilde Mollet (Gina) |
| Claire Maurier (Madame Suzanne, la patronne du café) |
| Urbain Cancelier (Collignon) |
| Maurice Bénichou (Dominique Bretodeau) |
| Michel Robin (M. Collignon) |
| Andrée Damant (Mme Collignon) |
| Claude Perron (Eva) |
| Armelle (Philomène) |
| Ticky Holgado (L'homme sur la photo) |
| Kevin Fernandes (Bretodeau enfant) |
| Flora Guiet (Amélie enfant) |
| Amaury Babault (Nino enfant) |
| André Dussollier (La narrateur) |
| Eugène Berthier (Eugène Koler) |
| Marion Pressburger (Les petites mains du générique) |
| Charles-Roger Bour (L'homme à la vespasienne) |
| Luc Palun (L'épicier d'Amandine) |
| Fabienne Chaudat (La femme dans le coma) |
| Dominique Bettenfeld (Le voisin d'Amélie) |
| Jacques Viala (Le client qui humilie son ami) |
| Fabien Béhar (Le client humilié) |
| Jonathan Joss (Le fils du client humilié) |
| Jean-Pierre Becker (Le clochard) |
| Jean Darie (L'aveugle) |
| Thierry Gibault (Le client aux endives) |
| François Bercovici (Son copain) |
| Franck Monier (Dominique Bredoteau jeune) |
| Guillaume Viry (Le S.D.F.) |
| Valérie Zarrouk (Dominique Bredoteau femme) |
| Marie-Laure Descoureaux (La concierge du mort) |
| Sophie Tellier (La tante Josette) |
| Gérald Weingand (L'instituteur) |
| François Viaur (Le patron du bistrot) |
| Paule Daré (Son employée) |
| Marc Amyot (L'inconnu des photomatons) |
| Myriam Labbé (La cliente du tabac) |
| Jean Rupert (L'opéré des cloisons nasales) |
| Franckie Pain (La marchande de journaux) |
| Julianna Kovacs (Une cliente de l'épicerie) |
| Philippe Paimblanc (Le contrôleur du train) |
| Mady Malroux (Les jumelles) |
| Monette Malroux (Les jumelles) |
| Robert Gendreu (Le client du café) |
| Valériane de Villeneuve (La femme qui rit) |
| Isis Peyrade (Samantha) |
| Raymonde Heudeline (La caissière du train fantôme) |
| Christiane Bopp (La femme près du manège) |
| Thierry Arfeuillères (L'homme statue) |
| Jerry Lucas (Le petit garçon du Sacré-Coeur) |
| Patrick Paroux (Le souffleur de rue) |
| François Aubineau (Le facteur de la concierge) |
| Philippe Beautier (Le facteur de Poulain) |
| Karine Asure (La jolie fille du rendez-vous) |
| Régis Iacono (Félix L'Herbier) |
| Franck-Olivier Bonnet (La voix du palace en vidéo) |
| Alain Floret (La voix du mari de la concierge) |
| Jean-Pol Brissart (La voix de Jacques Grosjean) |
| Frédéric Mitterrand (Lui-même) |
| Dean Baykan |
| Clément Chebli |
| Laurent Delpit (L'homme de Montmartre) |
| Eloïse Labro |
| Manoush (La nymphonane) |
| Jacques Thébault (Voix) |
| Thierry Roland (Archives) |
| Sister Rosetta Tharpe (Archives) |
| Spencer Tracy (Archives - Stanley T. Banks) |
| Joan Bennett (Archives - Ellie Banks) |
| Rudy Galindo (Archives) |
| Jean-Michel Larqué (Archives) |
| Federico Martín Bahamontes (Archives) |