任弘毅(刘烨 饰)
护送国宝南迁的爱国军官，任正秋的弟弟。为人正直阳光，智勇双全，因弃文从武而与父亲不和。他本将去广州组建机械化精锐部队，但在危急时刻为了守护国家文化之根基，带领着手下精英先锋踏上了为文物南迁计划保驾护航的道路。
任弘毅的饰演者刘烨介绍：
刘烨，1978年3月23日生于吉林省长春市，中国内地男演员，吉林省青年联合会副主席、中国电影协会会员、中国国家话剧院演员。2000年毕业于中央戏剧学院表演系。
1999年，刘烨因主演电影《那山那人那狗》饰演山村男孩步入影坛，该片获蒙特利尔国际电影节最受观众欢迎故事片奖。2001年，刘烨凭借电影《蓝宇》获得台湾电影金马奖最佳男主角奖。2002年主演《巴尔扎克与小裁缝》，代表法国入围美国金球奖最佳外语片。2003年，在海岩剧作《拿什么拯救你，我的爱人》饰演龙小羽走红。2004年，主演电影《美人草》获得中国电影金鸡奖最佳男主角奖。2005年，主演电视剧《血色浪漫》饰演钟跃民。2008年，主演电影《硬汉》，饰演“老三”，获得第3届大学生影像节最受瞩目男演员奖。2011年在电影《建党伟业》中饰演毛泽东，该片获五个一工程奖。2013年，与成龙合作电影《警察故事2013》，打破中国内地警匪片的票房纪录;6月27日，被法国文化部授予“法兰西文学艺术骑士勋章”。2014年主演电视剧《北平无战事》饰方孟敖;2月5日，获以色列旅游部长乌齐·兰多授予以色列旅游亲善大使。2016年，在悬疑片《追凶者也》中饰演宋老二，他则凭借该片获得第19届上海国际电影节最佳男主角(即金爵奖影帝)。
周若思(袁姗姗 饰)
故宫博物院馆员。聪明睿智、爱憎分明，有过目不忘的记忆力，精通古玩。师从任弘毅的父亲任颐和，学习古董鉴定及修复，是国宝南迁的重要核心成员。在护送文物过程中，她竟意外揭开了自己的身世之谜。
周若思的饰演者袁姗姗介绍：
袁姗姗(Mabel Yuan)，1987年2月22日出生于湖北省襄阳市，毕业于北京电影学院05级表演系本科班，中国内地影视女演员。
2010年，因主演年代剧《大屋下的丫鬟》而步入演艺圈。2011年，凭借古装剧《秦香莲》获得南方盛典年度影视金南方最佳新人奖。2012年，因主演古装爱情剧《宫锁珠帘》获得关注，并获得第二届乐视影视盛典最具突破艺人。2013年，由她主演的装武侠剧《笑傲江湖》取得全国同时段电视剧收视第一的成绩。2014年，主演古装宫廷剧《宫锁连城》;同年，她零片酬演出的公益电影《有一天》上映。2015年，其主演的搞笑喜剧电影《煎饼侠》收获票房11.59亿人民币，而袁姗姗亦凭借该片获得微博之夜最强电影新力量女演员;同年，加盟原创校园纪实真人秀节目《一年级·大学季》。
2016年，凭借喜剧爱情片《所以……和黑粉结婚了》获得第12届中美电影节最佳人气演员奖。2017年，其主演的都市情感剧《云巅之上》网络播放量累积突破20亿;同年，她还主演了都市情感剧《国民大生活》及麻辣喜剧《龙虾刑警》。
王立文(张瑞涵 饰)
警察署署长。行事雷厉风行，对任弘毅的姐姐任正秋一往情深。除了警察署长的身份之外，还隐藏着另外一重身份，十分神秘。他与任弘毅是青梅竹马的好兄弟，也是事业上的好搭档，共同完成了不少任务，却在迁徙文物的旅程中出现了矛盾。
王立文的饰演者张瑞涵介绍：
张瑞涵，1985年08月29日出生于辽宁省辽阳市，毕业于上海师范大学谢晋影视艺术学院，中国内地话剧、影视演员。
2007年，张瑞涵凭借个人首部话剧《武林外传》正式成为话剧演员。2009年，出演话剧《罗密欧与祝英台》。2010年，在话剧《钱多多嫁人记》中饰演叶明申。2011年，其主演的舞台剧《撒娇女王》首演。2013年，其主演的喜剧《龙门镖局》在安徽卫视播出;12月，凭借喜剧《龙门镖局》获得国剧盛典的观众喜爱新人男演员提名。2014年，在都市情感轻喜剧《我的前妻住对门》中饰演白志友。2015年，出演的喜剧《医馆笑传》播出。2016年，出演古装喜剧《极品家丁》。2018年，在谍战剧《国宝奇旅》中饰演王立文。
田慧(秦杉 饰)
国宝南迁小组的随军女医师。温柔贤惠，小鸟依人。任弘毅名义上的妹妹，暗恋任弘毅多年却眼睁睁看着他与周若思相爱，再加上自己身上背负的秘密，使她陷入痛苦和纠结中无法自拔。
田慧的饰演者秦杉介绍：
秦杉，7月27日出生，中国内地女演员。毕业于中国传媒大学编导专业。2017年因出演古装武侠剧《蜀山战纪2踏火行歌》而出道。2018年参演了年代谍战剧《国宝奇旅》和公路爱情悬疑剧《一场遇见爱情的旅行》。
任正秋(刘思彤 饰)
任弘毅的姐姐，中共地下联络员。外貌娴静、行事果决，是一位生财有道的古董商人。既有商人爱才的本性,又有肩负养家的责任,身为家里的大姐,赚钱养家照顾父亲、供弟弟读军校,被父亲戏称为家里的“大拿”。为南迁保驾护航，筹措民间革命力量。
任正秋的饰演者刘思彤介绍：
刘思彤，出生于山东省青岛市，中国内地影视女演员，毕业于中央戏剧学院。2001年，因主演武侠剧《萧十一郎》出道;2004年，在现代励志剧《铁拳浪子》中饰演余小凯;2007年，出演年代苦情剧《宁为女人》;2008年，主演民国伦理剧《牌坊下的女人》;2009年，刘思彤的电影处女作《车票》上映;2010年，主演都市伦理剧《血脉》;2011年，因主演武侠剧《新萍踪侠影》中的蒙古公主脱不花受到关注;2012年，主演武侠剧《新白发魔女传》;2013年，在战争剧《我的抗战2》中担任女一号;2015年，主演武侠剧《蜀山战纪之剑侠传奇》;2016年，主演抗战剧《不可能完成的任务》;2017年，主演古装武侠剧《蜀山战纪2踏火行歌》。2018年，在年代谍战剧《国宝奇旅》中饰演任正秋。
罗二羊(袁野 饰)
特训营精英罗二羊，是协助任弘毅保护故宫国宝南迁队伍的精英一员。在将故宫文物迁出的行动中，将护送国宝南迁的使命视如生命。
罗二羊的饰演者袁野介绍：
袁野，出生于江苏南京，中国大陆男演员，毕业于南京艺术学院表演专业。2017年因参演古装武侠电视剧《蜀山战纪2踏火行歌》出道;同年参演古装剧《寻秦记》。2018年，出演年代谍战剧《国宝奇旅》。
罗素(陈丽娜 饰)
“丹青会”掌门，深谋远虑，心思深沉，有容优雅，气场强大。15年前，罗素收购从宫中流出的《中秋帖》，却被人偷走，致使宝帖下落不明。寻找女儿和《中秋帖》成为罗素的平生两大心愿。
罗素的饰演者陈丽娜介绍：
陈丽娜，1980年3月24日生于四川自贡，中国解放军艺术学院毕业，北京欢乐源泉影视文化有限公司签约艺人。
2001年，主演首部作品《激情燃烧的岁月》而被人所熟知。2003年，出演警匪悬疑剧《血色白桦》。2005年，主演揭示了中国当代婚姻面临的生存体验的作品《离婚官司》。2007年，主演网络小说改编的电视剧《女特警——为你钟情》。2009年，拍摄了改编自杭州真实事件的反特剧《喋血钱塘江》。2011年，参演草根抗日剧《乱世三义》。2013年，出演年代谍战剧《北平无战事》。2014年，出演都市情感剧《姐妹兄弟》，饰吴婷婷。2014年12月17日，陈丽娜凭借《北平无战事》中小妈一角获得2014国剧盛典年度飞跃女演员奖。
本庄繁(丁勇岱 饰)
本庄繁的饰演者丁勇岱介绍：
丁勇岱，1958年10月27日生于中国山东，中国影视男演员。1983年毕业于内蒙古艺术学院戏剧表演系，分配内蒙古话剧团。
1981年，参演首部电视剧《锡尼喇嘛》。1997年主演电影《白山黑水》，获长春电影制片厂“小百花”特别奖。2013年，凭借电影《倾城》在北京大学生电影节加拿大影展中荣获最具实力男演员奖，并提名第29届金鸡奖最佳男配角。2015年10月，参演古装传奇剧《琅琊榜》，饰演梁帝。2017年，出演电影《非凡任务》;同年，参演谍战剧《天衣无缝》。
文娟(滕爱弦 饰)
文娟的饰演者滕爱弦介绍：
滕爱弦，一名国家一级演员、中国电视家、电影家、戏剧家协会会员。出生于南京市，现为江苏省演艺集团话剧院主演之一。
滕爱弦主演话剧《红红的雨花石》获全国戏剧调演优秀演员表演奖。从《小城往事》里的豪门大太太湘蓉，到《后来》中贫寒船家德善良女人徐金绣，再到《牌坊下的女人》里侠骨柔情的姚向云，滕爱弦在屏幕上饰演了许多经典的女人形象。
赵光希(苗驰 饰)
赵光希的饰演者苗驰介绍：
苗驰，出生于陕西西安，中国内地男演员，毕业于中央戏剧学院2002级导表混合专业本科，北京人民艺术剧院演员。
2003年还在中戏读大二的苗驰出演了他的首部电视剧《拥抱阳光》。2006年主演百合奖获奖电影《啤酒花》。2008年参演古装剧《漕运码头》。2009年参演动作电影《精武风云》。2011年参演古装电影《四大名捕》;同年主演电视电影《糖豆八部》，凭借该片获得第19届北京大学生电影节电视电影最佳男演员奖。2012年主演悬疑侦探电影《红唇迷印》。2014年参演古装玄幻仙侠剧《花千骨》，饰演儒尊笙箫默。2015年，主演话剧《阮玲玉》。2016年主演电视剧《致青春》，饰演赵世永。2016年主演现代都市剧《神犬小七》第二季，饰演牛嘉良。2016年主演电视剧《定制幸福》，饰演田亮。
任颐和(翟万臣 饰)
周旬达(侯长荣 饰)
于洪(崔钟 饰)
赵立夫(马晓峰 饰)
易培基(乔立生 饰)
马衡(张志勤 饰)
小岛君(邱士鉴 饰)
