W obsadzie serialu Agenci T.A.R.C.Z.Y. znajdują się między innymi:
Clark Gregg jako Phil Coulson (123 odcinki), Ming-Na Wen jako Melinda May (136 odcinków), Chloe Bennet jako Daisy 'Skye' Johnson (136 odcinków), Elizabeth Henstridge jako Jemma Simmons (136 odcinków), Iain De Caestecker jako Leo Fitz (126 odcinków), Henry Simmons jako Alphonso 'Mack' Mackenzie (114 odcinków), Brett Dalton jako Grant Ward (46 odcinków), Natalia Cordova-Buckley jako Elena 'Yo-Yo' Rodriguez / Slingshot (62 odcinki), Jeff Ward jako Deke Shaw (45 odcinków), Nick Blood jako Lance Hunter (45 odcinków), Adrianne Palicki jako Bobbi Morse (44 odcinki), Luke Mitchell jako Lincoln Campbell (27 odcinków)