小罗伯特·唐尼饰托尼·史塔克钢铁侠拥有赋予他超人力量，超人耐力，飞行能力与多种武器的动力装甲。此盔甲是由托尼斯塔克设计并大多数时间都是由他穿戴的。斯塔克是位美国亿万富翁与军火制造商，以他独特的生活方式与其聪明才智及天才发明家闻名。为阻止灭霸的计划而死。

克里斯·埃文斯饰史蒂夫·罗杰斯美国队长本名史蒂夫·罗杰斯（Steven "Steve" Rogers）原本是一个身体瘦弱的新兵，在接受美国政府的实验改造后变成了“超级士兵”，美国队长与宿敌红骷髅战斗，并掉入大海之中被冰封近70年，直到被神盾局发现并解冻后才加入了复仇者联盟。在打败灭霸返还原石后正式退出复仇者联盟并把盾牌交给猎鹰。

克里斯·海姆斯沃斯饰索尔·奥丁森和其他仙宫诸神一样，索尔较凡人更为高大，并且身体密度为凡人的三倍，因此具有更强的抗击打能力，并且对病毒、辐射、毒气等攻击免疫。托尔有大地母神弗丽嘉的血统，因此比其他的仙宫诸神更为强壮。他具有超凡的力量和速度，并且可以长时间地战斗而不感到疲劳。他可以不携带任何装备而自由进入深海和太空。

斯嘉丽·约翰逊饰娜塔莎·罗曼诺夫娜塔莎十岁时，斯大林亲自下令，将她交给间谍塔拉斯·罗曼诺夫，作为塔拉斯的“女儿”进行培养。她跟着养父学会了许多格斗与间谍技巧。后来为了得到灵魂宝石自愿献祭而死。

马克·鲁法洛饰布鲁斯·班纳科学家罗伯特.布鲁斯·班纳作为一个在生物化学、核物理和伽马辐射方面备受推崇的人，他被罗斯将军委托来再造超级战士血清，然而，当他接触到高水平的伽马辐射时，只要情绪不稳定或愤怒时就会变身成为绿巨人。布鲁斯·班纳受到军方通缉而多年逃亡在外，寻找控制自己情绪的方法。后加入复仇者联盟。