1、李长歌演员迪丽热巴：太子李建成之女，生母则是回纥王族。父母手足均死于玄武门之变，得知父母被杀的后，满怀愤恨的长歌凭高超武艺逃出皇宫，并在追捕过程中制造坠崖假死而逃生，其后女扮男装隐瞒身份流落民间，一心只想为父母复仇，在家和国的利害冲突中，最后放弃复仇，和阿诗勒隼一起成为了民族和解的使者。
2、阿史那隼演员吴磊：东突厥颉利可汗的养子。草原上的狼，尤善骑射，九岁起开始征战，十年来从无败绩，无心争夺汗位却被迫卷入突厥内部的汗位之争中。前期化名秦准，喜欢长歌。
3、皓都演员刘宇宁：高冷杀手，薄唇似刀，凌峻凌厉；冷血柔情，独守一人。身为杜如晦的义子，向来以义父的命令为己任，被魏叔玉称作是“义父的提线木偶”，看似冰冷无情，实则心怀对郡主李乐嫣的深沉情感，只是一直暗藏心底，不曾说出口。
4、李乐嫣演员赵露思：李世民之女，李长歌之堂姐妹，与李长歌，魏叔玉三人为青梅竹马。本与李长歌情同手足，后因各自立场不同走向殊途，坠湖后被魏叔玉救回，从此暗恋魏叔玉。
5、魏叔玉演员方逸伦：魏征的长子，与李长歌，李乐嫣三人为青梅竹马；小时候发生意外时被李长歌救过，从此暗恋长歌，惟从小被李乐嫣暗恋，与皓都为情敌关系。在生存与情意之间，魏叔玉为救魏一家上下，在皓都的目睹下射杀李长歌，使其跳崖落水，从此与李长歌由昔日的伙伴变成敌人，针锋相对。
6、司徒郎郎演员刘海宽：武艺高强、潇洒诙谐，俊逸游侠司徒郎郎。
7、弥弥古丽演员曹曦月：回纥某部族族长之女，被突厥俘虏献给隼之军团，原要被处死，但弥弥求锦瑟夫人给她弟弟一条活路，为此愿做任何事。锦瑟夫人答应即使她事败身死也会抚养她的弟弟长大，再放他回去自建部族。事迹败露后弥弥选择用长歌的短剑自杀，死在长歌怀里，她的死给李长歌带来很大的打击，长歌在雨夜中埋葬了弥弥。
8、阿史那社尔演员库都斯江·艾尼娃尔：饰演阿史那社尔是义成公主之子，吉利可汗亲侄。
《长歌行》是由朱锐斌执导，迪丽热巴、吴磊领衔主演，摩登兄弟刘宇宁、赵露思、方逸伦等主演的古装传奇剧。
长歌行演员表：
迪丽热巴饰李长歌配音乔诗语
吴磊饰阿诗勒隼配音歪歪
赵露思饰李乐嫣配音路熙然
易大千饰穆金配音赵毅
曹曦月饰弥弥古丽配音周周
库都斯江·艾尼刘宇宁饰皓都
方逸伦饰魏叔玉
刘海宽饰司徒郎郎配音苏尚卿
李光复饰孙思邈 耿乐饰李世民
成泰燊饰杜如晦 萨顶顶饰静澹真人
王小伟饰王君廓 刘天宝饰努尔
许榕真饰瑾夫人 谭建昌饰魏徽
晋松饰延利可汗 李建义饰秦老
杨明娜饰吴崇轩饰绪风 吕艳蓓饰锦瑟夫人
杨子骅饰房玄龄 付宏声饰拓辛思力
杨钧丞饰雷叔 刘金龙饰李建成
魏炳桦饰常何 邢文杰饰周云深饰李元吉
李泰延饰沈固 王瑞昌饰菩萨
李龙饰土喀设 李保民饰司马图
郁晓冬饰司马健
