- Robin Williams som Rodney Copperbottom, en optimistisk ung robot som drømmer om å bli en oppfinner.
- Ewan McGregor som Fender Pinwheeler, Rodneys beste venn og en dyktig mekaniker.
- Halle Berry som Cappy, den vakre og populære robotkjæresten til Rodneys idol, Bigweld.
- Mel Brooks som Bigweld, den eldre og eksentriske grunnleggeren av Bigweld Industries, det største robotselskapet i Robot City.
– Greg Kinnear som Ratchet, den grusomme og hensynsløse administrerende direktøren i Bigweld Industries som planlegger å ta over verden.
- Amanda Bynes som Piper Pinwheeler, Fenders yngre søster og en talentfull sanger.
- Drew Carey som Crank Casey, en robotreparatør og Rodneys mentor.
- Jennifer Coolidge som tante Fanny, Rodneys eksentriske tante og eieren av en suvenirbutikk.
- Stanley Tucci som Herb Copperbottom, Rodneys kjærlige, men overbeskyttende far.
- Dianne Wiest som Lydia Copperbottom, Rodneys omsorgsfulle og støttende mor.
- Chris Wedge som Bigwelds robotbutler, Mr. Gasket.