- Robin Williams som Rodney Copperbottom, en optimistisk ung robot, der drømmer om at blive opfinder.
- Ewan McGregor som Fender Pinwheeler, Rodneys bedste ven og en dygtig mekaniker.
- Halle Berry som Cappy, den smukke og populære robotkæreste til Rodneys idol, Bigweld.
- Mel Brooks som Bigweld, den ældre og excentriske grundlægger af Bigweld Industries, den største robotvirksomhed i Robot City.
- Greg Kinnear som Ratchet, den grusomme og hensynsløse CEO for Bigweld Industries, der planlægger at overtage verden.
- Amanda Bynes som Piper Pinwheeler, Fenders yngre søster og en talentfuld sangerinde.
- Drew Carey som Crank Casey, en robotreparatør og Rodneys mentor.
- Jennifer Coolidge som tante Fanny, Rodneys excentriske tante og ejer af en souvenirbutik.
- Stanley Tucci som Herb Copperbottom, Rodneys kærlige, men overbeskyttende far.
- Dianne Wiest som Lydia Copperbottom, Rodneys omsorgsfulde og støttende mor.
- Chris Wedge som Bigwelds robotbutler, Mr. Gasket.