刘培强
吴京饰
国际空间站中的中国航天员，中校，因为执行任务，他不得不做出选择，使得孩子的成长过程中缺少陪伴，导致父子关系疏远。刘培强在心底深爱着他的儿子，却无法亲口表达他内心的歉疚，最终与儿子解除隔膜。为给地球提供燃料，把空间站推向木星。
刘启
屈楚萧饰
由于幼时父亲不在身边，对于父亲的离开刘启并不理解，而且妈妈的死，他怪于父亲。在一次和姥爷韩子昂开车回家的路上被王磊以流浪地球法案强制征召进171-11救援小分队。
王磊
李光洁饰
地球联合政府的军人，171-11的队长，有着很强的使命感，他的工作是带领着救援队去修多能推进发动机，在途中会遇到很多惊险的困难，有很多人放弃，但是他特别坚定自己的目标，要去完成他的任务。
韩子昂
吴孟达饰
刘启的姥爷，他很宠爱外孙、孙女，虽然这两个孩子特别淘气，不让人省心，但是他为了让孩子们能够在恶劣的环境中感受到家的情感，付出了自己的全部乃至生命。
韩朵朵
赵今麦饰
从小被韩子昂从水里救了上来，取名韩朵朵。长大后与哥哥刘启关系非常好，刘启保护她、关心她。而后在被王磊以流浪地球法案强制召进171-11救援队里，朵朵也在救援任务中得到了自己的成长。
