在电影《奥本海默》中，主要演员及其角色如下：
基里安·墨菲- 饰演 J. 罗伯特·奥本海默（原子弹之父）。
艾米莉·布朗特- 饰演凯蒂·奥本海默，奥本海默的妻子，生物学家及植物学家。
马特·达蒙- 饰演莱斯利·格罗夫斯，曼哈顿计划的主管。
小罗伯特·唐尼- 饰演路易斯·施特劳斯，美国原子能委员会的创始委员之一。
弗洛伦丝·皮尤- 饰演琼·塔特洛克，奥本海默的早期恋人及情人。
加里·奥德曼- 饰演杜鲁门，美国总统。
卡西·阿弗莱克- 饰演帕什。
本·萨弗迪- 饰演爱德华·泰勒，氢弹之父，曼哈顿计划的早期成员。
萨姆·沃特森- 饰演 Robert Oppenheimer（旁白）。
约翰·卡森- 饰演 Narrator（旁白）。
这些演员在电影中饰演的角色涵盖了奥本海默的家人、同事、政治对手以及情人等，展现了奥本海默复杂而多面的一生。