 | Nicole Kidman als Lucille Ball |
 | Javier Bardem als Desi Arnaz |
 | J.K. Simmons als William Frawley |
 | Nina Arianda als Vivian Vance |
 | Tony Hale als Jess Oppenheimer |
 | Alia Shawkat als Madelyn Pugh |
 | Jake Lacy als Bob Carroll Jr. |
 | Linda Lavin als Older Madelyn Pugh |
 | Ronny Cox als Older Bob Carroll |
 | John Rubinstein als Older Jess Oppenheimer |
 | Clark Gregg als Howard Wenke |
 | Nelson Franklin als Joe Strickland |
 | Jeff Holman als Roger Otter |
 | Jonah Platt als Tip Tribby |
 | Christopher Denham als Donald Glass |
 | Brian Howe als Charles Koerner |
 | Ron Perkins als Macy |
 | Baize Buzan als Mary Pat |
 | Matt Cook als 1st AD |
 | Joshua Bednarsky als PA Bill |
| Dana Lyn Baron als Miss Rosen |
 | Dan Sachoff als David Levy |
 | Max Silvestri als David Hart |
 | Renee Pezzotta als Italian Woman |
 | Breanna Wing als Chorus Girl Angie |
| Caroline Anderson als Chorus Girl Daisy |
 | Jamie Miller als Chorus Girl Patty |
 | Gail Rastorfer als Dresser |
| Russ Burd als Irwin Gotlieb |
| Guido Cocomello als Italian Bellman |
 | John Funk als J. Edgar Hoover (voice) |
| Angela Leib als Koerner's Secretary |
| David Saenz als Musician Outside CIro's |
 | Stephanie Lesh-Farrell als Radio Show Katy |
 | Ron Ostrow als Radio Show Man |
 | Pamela Bell Mitchell als Radio Show Woman |
| Lawrence Novikoff als Sam Stein |
 | Jack Benza als Security Guard Bobby |
 | Peter Onorati als Vittorio |
 | Evie Nicholson als Woman Outside Ciro's |
| Rick Batalla als Tommy Wardrobe |
 | John F. Carpenter als Radio Show Announcer |
 | Melinda Sullivan als Ann Miller |
| Gus Lynch als Camera B Focus Puller |
 | Allan Wayne Anderson als Camera C Focus Puller |
| David Jonathan Fine als Boom Operator |
 | Val Chmerkovskiy als Ciro's Dancer |
 | Asiel Hardison als Ciro's Dancer |
 | Reina Hidalgo als Ciro's Dancer |
| Will Loftis als Ciro's Dancer |
| Noelle Marsh als Ciro's Dancer |
 | Leo Moctezuma als Ciro's Dancer |
| Nayara Núñez als Ciro's Dancer |
 | Britt Stewart als Ciro's Dancer |
| Eddie Torres Jr. als Ciro's Dancer |
| Jenna Johnson als Ciro's Dancer |
| James Patrick Duffy als Man #1 |
 | Emily Marsh als Woman #1 |
| Cece Camps als Woman #2 |
| Daniel Armella als Stagehand |
| Molly Meyer als Waitress |
| Shiree Nelson als Studio Staffer |
| Christian Roberts als Camera A Focus Puller |
 | Chris Wolfe als Announcer |
| Todd Black | Producer |
| Jason Blumenthal | Producer |
| Steve Tisch | Producer |
| Aaron Sorkin | Director |
| Jeff Cronenweth | Director of Photography |
| Alan Baumgarten | Editor |
| Jon Hutman | Production Design |
| Susan Lyall | Costume Design |
| Andres Cubillan | Art Direction |
| Ellen Brill | Set Decoration |
| Alyssa Goldberg | Makeup Artist |
| Ana Lozano | Makeup Department Head |
| Lori DeLapp | Costume Supervisor |
| Jeffrey A. Okun | Visual Effects Supervisor |
| Krishnan Jay | Visual Effects Producer |
| Michael Babcock | Sound Re-Recording Mixer |
| Julian Slater | Sound Re-Recording Mixer |
| Stuart M. Besser | Executive Producer |
| David Bloomfield | Executive Producer |
| Lauren Lohman | Executive Producer |
| Chris Larsen | Set Dresser |
| Merdyce McClaran | On Set Dresser |
| Marc Meisels | Set Dresser |
| Travis Nunnally | Set Dresser |
| Paul Sonski | Set Designer |
| Trinh Vu | Set Designer |
| Michael Hertlein | Dialogue Editor |
| Michael Kaleta | Boom Operator |
| Jamison Rabbe | ADR Mixer |
| Steven Morrow | Sound Mixer |
| Kathy Driscoll-Mohler | Casting |
| Francine Maisler | Casting |
| Teressa Hill | Hair Department Head |
| Cynthia P. Romo | Hairstylist |
| Duane Burkhart | Stunt Coordinator |
| Łukasz Bielan | Camera Operator |
| Eric Felland | Lighting Technician |
| Charlene Amateau | Costume Coordinator |
| Emily Dominguez | Costumer |
| Jocelyn Kuan | Costumer |
| Bob Moore Jr. | Set Costumer |
| Elisa Sebra | Set Costumer |
| Robert Velasquez | Costumer |
| Lori A. Balton | Location Scout |
| Rebecca Boyle | Script Supervisor |
| Desi Arnaz Jr. | Executive Producer |
| Lucie Arnaz | Executive Producer |
| Jenna Block | Executive Producer |
| Caroline Adams | Visual Effects Producer |
| Lindsay Adams | Visual Effects Supervisor |
| Glenn Allen | Visual Effects Producer |
| Stephen Bowman | Visual Effects Producer |
| Giulio Campiglia | Visual Effects Producer |
| Ryan Freer | Visual Effects Supervisor |
| Richard Friedlander | Visual Effects Supervisor |
| Shonda Hunt | Visual Effects |
| Trey McMenamin | Visual Effects Producer |
| Max Pareschi | Visual Effects Supervisor |
| Scott Winston | Visual Effects |
| Geraldo Gutierrez | Sound Re-Recording Mixer |
| Renée Tondelli | Sound Supervisor |
| Aaron Sorkin | Writer |
| Jim Small | Assistant Location Manager |
| Daniel Pemberton | Original Music Composer |
