W obsadzie serialu Tajna inwazja znajdują się między innymi:
Samuel L. Jackson jako Nick Fury (6 odcinków), Ben Mendelsohn jako Talos (6 odcinków), Kingsley Ben-Adir jako Gravik (6 odcinków), Emilia Clarke jako G'iah (6 odcinków), Olivia Colman jako Sonya Falsworth (6 odcinków), Martin Freeman jako Everett Ross (6 odcinków), Cobie Smulders jako Maria Hill (6 odcinków), Charlayne Woodard jako Priscilla Fury (6 odcinków), Killian Scott jako Fiz (6 odcinków), Samuel Adewunmi jako (6 odcinków), Dermot Mulroney jako President Ritson (6 odcinków), Christopher McDonald jako (6 odcinków)