Hugh Jackman jako James „Logan” Howlett / Wolverine, mutant posiadający szpony w rękach, wyostrzone zmysły oraz umiejętność regeneracji. W wyniku eksperymentu jego szkielet, w tym również szpony, został pokryty niezniszczalnym adamantium. Hiroyuki Sanada jako Shingen Yashida, syn Ichirō, ojciec Mariko. Famke Janssen jako Jean Grey, mutantka posiadająca zdolności telekinetyczne i telepatyczne. Pojawia się w snach Logana. Will Yun Lee jako Kenuichio Harada, były chłopak Mariko, członek klanu Black Ninja chroniącego rodzinę Yashidów.
W filmie ponadto występują: Tao Okamoto jako Mariko Yashida, córka Shingena i wnuczka Ichirō, której życie jest zagrożone z woli jej dziadka; Rila Fukushima jako Yukio, mutantka i zabójczyni z klanu Ichirō; Swietłana Chodczenkowa jako Viper, mutantka posiadająca odporność na toksyny; Hal Yamanouchi jako Ichirō Yashida / Srebrny Samuraj, ojciec Shingena, dziadek Mariko oraz założyciel Yashida Industries.