 | Keira Knightley als Anna Karenina |
 | Jude Law als Alexei Karenin |
 | Aaron Taylor-Johnson als Alexei Vronsky |
 | Matthew Macfadyen als Stiva Oblonsky |
 | Eric MacLennan als Matvey |
 | Kelly Macdonald als Dolly Oblonskaya |
 | Alicia Vikander als Kitty Shcherbatskaya |
 | Domhnall Gleeson als Kostya Levin |
 | Olivia Williams als Countess Vronskaya |
 | Ruth Wilson als Betsy Tverskaya |
 | Emily Watson als Lidia Ivanovna |
 | Michelle Dockery als Princess Myagkaya |
 | Raphaël Personnaz als Alexander Vronsky |
 | David Wilmot als Nikolai Levin |
 | Emerald Fennell als Princess Merkalova |
 | Tannishtha Chatterjee als Masha Nikolaevna |
 | Pip Torrens als Prince Alexander Shcherbatsky |
 | Susanne Lothar als Princess Shcherbatsky |
 | Alexandra Roach als Countess Nordston |
 | Holliday Grainger als The Baroness |
 | Cara Delevingne als Princess Sorokina |
 | Bill Skarsgård als Makhotin |
 | Steve Evets als Theodore Katavasov |
 | Theo Morrissey als Grisha Oblonsky |
| Cecily Morrissey als Lili Oblonsky |
| Freya Galpin als Masha Oblonsky |
| Octavia Morrissey als Tanya Oblonsky |
| Beatrice Morrissey als Vasya Oblonsky |
| Marine Battier als Mlle. Roland |
| Guro Nagelhus Schia als Annushka |
 | Aruhan Galieva als Aruhan |
 | Carl Grose als Korney |
 | Bryan Hands als Mikhail Slyudin |
| Oskar McNamara als Serhoza Karenin |
 | Luke Newberry als Vasily Lukich |
 | Michael Shaeffer als Doorkeeper |
| Steven Beard als Elderly Waiter |
 | Henry Lloyd-Hughes als Burisov |
| Joseph Macnab als Guards Officer |
 | Nick Holder als Stationmaster |
 | Hera Hilmar als Varya Vronskaya |
 | Kenneth Collard als Prince Tverskoy |
 | Thomas Howes als Yashvin |
 | Kyle Soller als Yegorushka Korsunsky |
 | Max Bennett als Petritsky |
 | Buffy Davis als Agafia Mikhailovna |
 | Sam Cox als Camerdiner Kapitonich |
| Jude Monk McGowan als Tuskevitch |
 | Antony Byrne als Colonel Demin |
 | Giles King als Stremov |
 | Eros Vlahos als Boris |
| Bodil Blain als Princess Sorokina Senior |
 | Jamie Beamish als Opera House Husband |
 | Shirley Henderson als Opera House Wife |
 | John Bradley als Austrian Prince |
 | Vicky McClure als Girl Harvesting (uncredited) |
| Inga Leps als Gallery Guest (uncredited) |
| Arthur Nightingale als Oblonsky's Servant |
| Gala Wesson als Kitchen Maid |
 | Sarine Sofair als Anna's Friend |
| Conor McCarry als Young Peasant |
| Martin Wimbush als Anna's Doctor |
 | James Northcote als Princess Betsy's Footman |
 | Duncan Wisbey als Shopkeeper |
| Tom Stoppard | Screenplay |
| Jina Jay | Casting |
| Tim Bevan | Producer |
| Eric Fellner | Producer |
| Seamus McGarvey | Director of Photography |
| Craig Berkey | Sound Designer |
| Craig Berkey | Supervising Sound Editor |
| Liza Chasin | Executive Producer |
| Dario Marianelli | Music |
| Peter Burgis | Foley Artist |
| Benjamin Wallfisch | Orchestrator |
| Leo Tolstoy | Novel |
| Paul Webster | Producer |
| Martin Harrison | First Assistant Director |
| Joe Wright | Director |
| Jacqueline Durran | Costume Design |
| Sarah Greenwood | Production Design |
| Nick Gottschalk | Art Direction |
| Katie Spencer | Set Decoration |
| Lee Sheward | Stunt Coordinator |
| Alexandra Ferguson | Co-Producer |
| Melanie Oliver | Editor |
| James Hyde | ADR Recordist |
| Niall Moroney | Supervising Art Director |
| Mark Holt | Special Effects Supervisor |
| Alexander Dostal | Line Producer |
| Dixie Chassay | Casting |
| Thomas Brown | Art Direction |
| Ivana Primorac | Hair Designer |
| Ivana Primorac | Makeup Designer |
| Dennis Wiseman | Property Master |
| James Bellamy | Music Editor |
| Barnaby Smyth | Foley Artist |
| Susanna Lenton | Script Supervisor |
| Glen Gathard | Foley Recordist |
| Sidi Larbi Cherkaoui | Choreographer |
| Dan Morgan | Dialogue Editor |
| Chuck Finch | Gaffer |
| Becki Ponting | Supervising Sound Editor |
| Matt Davies | Foley Editor |
| Tom Still | Art Direction |
| Chris Burdon | Sound Re-Recording Mixer |
| Carmila Gittens | Construction Coordinator |
| Peter Robertson | Steadicam Operator |
| Emma Thomas | Script Supervisor |
| Danny Sheehan | Sound Editor |
| Paul Carter | Sound Designer |
| Jill McCullough | Dialect Coach |
| Sarah Weatherburn | Wigmaker |
| Brendan Handscombe | Costume Supervisor |
| Laurie Sparham | Still Photographer |
| Tommy Finch | Rigging Gaffer |
| Jacqueline Bhavnani | Makeup Artist |
| Christine Greenwood | Makeup Artist |
| Carolyn Cousins | Makeup & Hair |
| Heather Leat | Costume Supervisor |
| Nick Kray | ADR Mixer |
| Mark Trend | Assistant Editor |
| James Davis III | Special Effects Supervisor |
| Maggie Rodford | Music Supervisor |
| Liam Byrne | Armorer |
| Nicola Mount | Hairstylist |
| Mark Brady | Carpenter |
| Jennie Paddon | First Assistant Camera |
| Iain Struthers | First Assistant Camera |
| Karen Edwards | Makeup & Hair |
| Chris Lyons | Special Effects Makeup Artist |
| Chris Murphy | Boom Operator |
| Jamie McCarter | Animation |
| Gary Hutchings | Key Grip |
| Nick Oliver | Location Manager |
| Cheryl Potter | Assistant Editor |
| Shurouq Algusane | Art Department Coordinator |
| Nathaniel De'Lineadeus | Special Effects Makeup Artist |
| Hannah Collett | Production Coordinator |
| Chris Frank | Scenic Artist |
| Glyn Evans | Lead Painter |
| John Haynes | Lead Painter |
| Lucinda McLean | Greensman |
| Russell Sargent | Carpenter |
| Leigh Thurbon | Carpenter |
| Simon Brasse | Assistant Editor |
| Emmet O'Donnell | ADR Recordist |
| Carly Michaels | Stunt Double |
| Pip Fox | Props |
