影片中劉燁飾演的燈罩兒是個外表老實、慫包的主，但是骨子裡有股狠勁，他跟悶三兒一樣，知道六爺有難就敢亮刀子。劉樺是主動要求管虎給他一個角色。當劉樺聽說老炮兒這個事，第一時間就和管虎說一定要帶他玩，哪怕是在鏡頭前滑一下。
影片中吳亦凡飾演的飛是個小混混頭子，是個自覺不可一世、酷炫狂霸拽出天際的富二代。舉手投足、一顰一笑間無不透露著玩世不恭的小混混做派。吳亦凡憑藉其出色表現，成為SM打開及擴大中國市場的重要力量。他除了有著模特的身形、英俊的外貌、強大的氣場之外，還有著十分具有磁性的嗓音。
影片中李易峰飾演的曉波是六爺的兒子，是胡同串子裡的「古惑仔」。仗著六爺的庇佑，他一直在青春期裡任性。李易峰不是北京人，在演的時候聯想到四川的老炮兒，就是李易峰爸爸年輕時的感覺，電影中李易峰和馮小剛有一場酒局的戲，這場戲是放在前面拍攝，那時兩人並沒有培養好父子情感，但是拍攝時一氣呵成。
影片中馮小剛飾演的六爺是北京後海胡同裡的普通老百姓。在1994年犯事兒蹲過牢，出來後一直生活清貧，就靠一套房子養老，開一個小賣部，和兒子關係緊張。馮小剛接這片是因為被劇本打動，再加上有一個執迷於講這個故事的導演，被管虎說服後決定參演這個電影。
影片中張涵予飾演的悶三兒和六爺一樣，也曾是橫霸一方、京城聞名的狠角色。為了兄弟情義，他扛過雷挨過刀，身上每一道疤痕都是熱血青春的印記。電影有好幾個版本，5個半小時，3個小時，2小時40分鐘，最終只選一個版本，這些版本多出來的部分是大量的張涵予和吳亦凡的戲份。