Kekuatan produksi Nolan akan selalu membantu “Oppenheimer” mencapai ketinggian yang luar biasa dengan sendirinya, tetapi tentu saja membantu mendapatkan beberapa dukungan A-list di sepanjang jalan. Movie ini menampilkan sejumlah petinggi Hollywood, dengan wajah terkenal bermunculan di setiap beberapa adegan. Memimpin garis adalah Cillian Murphy yang selalu ditonton. Aktor Irlandia ini dikenal karena penampilannya yang menonjol seperti “28 Days Later”, “Sunshine”, dan, baru-baru ini, serial hit “Peaky Blinders”. Murphy juga tidak asing dengan dunia sinematik Nolan: Dia berperan sebagai Scarecrow di “The Darkish Knight” dan Robert Fischer di “Inception”. Namun, “Oppenheimer” adalah peran utama pertamanya dalam movie Nolan, dan Murphy tidak mengecewakannya.
Mencadangkan penggambaran aktor dari karakter tituler adalah hamparan wajah yang dapat dikenali. Emily Blunt berlawanan dengan Murphy sebagai Kitty, istri Oppenheimer. Florence Pugh juga muncul sebagai pacar Oppenheimer dan kemudian menjadi kekasihnya, Jean Tatlock. Movie tersebut juga menyertakan Robert Downey Jr. sebagai antagonis politik Lewis Strauss, dengan Alden Ehrenreich dan Scott Grimes berperan sebagai penasihatnya. Matt Damon berperan sebagai penghubung militer Leslie Groves, dan Kenneth Branagh muncul dalam beberapa adegan sebagai fisikawan Denmark Niels Bohr. Lalu ada Rami Malek, Jack Quaid, Gary Oldman, Casey Affleck, Josh Hartnett — daftarnya terus bertambah.
