El reparto del filme cuenta con la ganadora del Oscar Angelina Jolie, y con la nominada al Oscar Salma Hayek. Por su parte, el actor y humorista Kumail Nanjiani fue nominado a Mejor guión por la película La gran enfermedad del amor (2017).
Los Eternos, según los cómics de Jack Kirby, formaban parte de lo más alto de la jerarquía cósmica de Marvel. Eran una raza de seres superpoderosos, de los que precisamente Thanos forma parte.
El actor Richard Madden daba vida a Robb Stark en la serie Juego de tronos. Por su parte, Kit Harington era Jon Snow, el bastardo criado por los Stark y hermano de Robb.
En la película veremos a Angelina Jolie como Thena, miembro de los Eternos e hija del poderoso Zuras; a Richard Madden como el Eterno Ikaris; a Salma Hayek como Ajak, miembro de la sub-raza de los Eternos conocidos como los Eternos Polares; a Kit Harington como el Caballero Negro; a Kumail Nanjiani como Kingo, un Eterno adiestrado en el arte samurái; a Lauren Ridloff como Makkari, miembro del Gremio de Tecnólogos Eternos; a Brian Tyree Henry como Phastos; a Lia McHugh como Sprite, un Eterno demasiado bromista; a Ma Dong-seok como Gilgamesh, el Eterno más fuerte conocido ya que su fuerza rivaliza con la de Thor; y a Gemma Chan como Sersi.
En los cómics originales, Ajak, Makkari y Sprite son hombres. En la película, son mujeres.
Los Eternos fueron creados para Marvel, en 1976, por Jack Kirby, uno de los principales guionistas de la Edad de Oro Marvel Comics.
Salma Hayek publicó en su cuenta de Twitter una foto con Kit Harington, bromeando por el personaje al que interpretaba el actor en la mítica serie Juego de Tronos, estas eran sus palabras: "¡Todavía no puedo creer que esté trabajando con Jon Snow ¡Kit, eres el mejor! Nunca dejará de sorprendernos la habilidad de Marvel Studios para reunir a grandes estrellas del mundo de los 'crossovers'".
Richard Madden obtuvo el Globo de Oro a Mejor actor de serie dramática por su papel en Bodyguard.