在《X战警：黑凤凰》这部电影中，主要演员阵容包括詹姆斯·麦卡沃伊饰演查尔斯·泽维尔（X教授），他以其深邃的演技展现了这位变种人领袖的复杂内心世界。X教授在黑凤凰中面临道德和情感的挑战，希望通过和平手段引导变种人，尤其是安抚失控的琴·葛蕾。
迈克尔·法斯宾德饰演艾瑞克·兰谢尔（万磁王），他继续诠释这位强大的变种人角色。万磁王在黑凤凰中经历了从反派到盟友的转变，他对琴·葛蕾的狂暴力量怀有谨慎的态度，并试图保护自己的族人免受伤害。
索菲·特纳饰演琴·葛蕾（黑凤凰），这是她首次担任主角，特纳的表演生动展现了琴从内心挣扎到失控的过程。她成功塑造了一个在面对强大凤凰之力时，既充满脆弱又拥有毁灭性力量的变种人形象。
珍妮弗·劳伦斯饰演瑞文（魔形女），她在片中扮演了重要角色，不仅是X战警的关键成员，也是一位富有同情心的母亲形象。魔形女的死亡是推动剧情的关键事件之一。
其他主要演员包括尼古拉斯·霍尔特饰演汉克·麦考伊（野兽）、泰伊·谢里丹饰演斯科特·萨默斯（镭射眼）、柯蒂·斯密特-麦菲饰演夜行者，以及杰西卡·查斯坦饰演的外星反派沃克。这些演员共同构成了黑凤凰的卡司阵容，通过他们的出色表现，影片呈现了变种人群体在情感、忠诚与力量之间的激烈冲突。
