《复仇者联盟：末日之战》的演员阵容公布可谓详尽无遗（换个词说，公布过程也令人疲惫——毕竟这场群星云集的阵容揭晓直播持续了五个多小时）。然而，在这场盛大的揭晓中，仍有少数名字缺席。例如，凯特·戴琳斯（Kat Dennings），她自2011年在《雷神》（Thor）中首次亮相饰演达西·刘易斯（Darcy Lewis）后，便奠定了自己作为漫威电影宇宙明星的地位，随后又回归出演了《雷神2：黑暗世界》（Thor: The Dark World）、《雷神4：爱与雷霆》（Thor: Love and Thunder）、《旺达幻视》（WandaVision）等作品。这位女演员已确认她没有回归拍摄这部即将到来的第六阶段核心大片，但也承认不能完全排除出现的可能性。
戴琳斯在其美国广播公司情景喜剧《换挡前行》（Shifting Gears）的片场告诉《娱乐今夜》（Entertainment Tonight），虽然她明确表示没有参与《复仇者联盟：末日之战》的制作，但仍有可能以最意想不到的方式出现在影片中。她向媒体解释了这可能如何实现：
“我在（漫威）宇宙里，而且你知道，我什么也不能告诉你。但我没参演。我是说，我没在里面。我现在就告诉你，我没参演。如果我参演了——但我没有——我也不能告诉你，但我确实没有。我敢肯定他们已经拍完了。我当时在这里（指《换挡前行》片场）。我没参演。但他们确实扫描了我，所以老实说，他们现在可以把我放到任何他们想放的地方。我已经在系统里了。”
扫描演员以便在明星本人未实际到场的情况下，事后将角色添加到场景中的做法，已经引发了关于人工智能和数字所有权的重大争论。几位好莱坞重量级人物对数字复制品表示担忧，特别是未经同意或补偿就被使用的情况。这个话题是2023年美国演员工会-美国电视和广播艺人联合会罢工的主要焦点之一，当时工会努力争取防止未经授权使用的保护措施。那时有消息透露，迪士尼已经在为背景演员实施扫描流程——但根据戴琳斯的说法，未来这可能扩展到主要演员。不过，现在这将需要个人的明确许可。
《复仇者联盟：末日之战》的演员名单并不短，多位漫威电影宇宙的常驻演员将回归在这场大型跨界事件中再次扮演他们的标志性角色， alongside 小罗伯特·唐尼（Robert Downey Jr.），他将饰演影片的核心反派毁灭博士（Doctor Doom）。完整名单尚未全部公布，但据报道将进行额外拍摄以招募更多明星并“添加更多角色”。其中一个角色就是克里斯·埃文斯（Chris Evans），现已确认他将在《末日之战》中回归饰演史蒂夫·罗杰斯（Steve Rogers），而这一次，他已成为一位父亲。
其他已确认将出演《复仇者联盟：末日之战》的演员包括克里斯·海姆斯沃斯（Chris Hemsworth）、汤姆·希德勒斯顿（Tom Hiddleston）、安东尼·麦凯（Anthony Mackie）、保罗·路德（Paul Rudd）、塞巴斯蒂安·斯坦（Sebastian Stan）、利蒂希娅·赖特（Letitia Wright）和温斯顿·杜克（Winston Duke），以及许多此前未参与过“复仇者联盟”系列电影的漫威电影宇宙明星，包括《神奇四侠》（The Fantastic Four）和《X战警》（X-Men）的成员，帕特里克·斯图尔特爵士（Sir Patrick Stewart）和伊恩·麦克莱恩（Ian McKellen）也在重聚对抗毁灭博士的行列中。值得注意的是，像汤姆·赫兰德（Tom Holland）、马克·鲁弗洛（Mark Ruffalo）、杰瑞米·雷纳（Jeremy Renner）和斯嘉丽·约翰逊（Scarlett Johansson）这样的演员缺席，这可能意味着一次超级英雄阵容的洗牌即将到来，或者他们的参与将在稍后日期公布——这对像赫兰德这样有漫威电影宇宙“剧透之王”名声的人来说是有风险的。
漫威也有可能长期暂不公布影片的部分演员阵容，以便在《复仇者联盟：末日之战》于2026年12月18日影院首映时给粉丝们一个惊喜。
