《记忆之城》主要演员及饰演角色如下：
主演：
朱金墨由谢君豪饰演。谢君豪1963年生于香港，1989年以全职话剧演员身份出道，1997年凭借电影版《南海十三郎》获第34届台湾电影金马奖最佳男演员。其饰演的朱金墨以军统、日伪身份活动，表面不忠不义，实则背负使命，情感隐忍。
周敏柔由童蕾饰演。童蕾毕业于上海戏剧学院，2005年因《亮剑》中田雨一角被熟知，2007年凭《青春之歌》获第24届中国电视金鹰奖观众喜爱的女演员奖。她饰演的周敏柔善良柔美，深爱朱金墨，最终为革命牺牲。
周冠忠由魏骏杰饰演。魏骏杰1967年生于台湾，1990年毕业于香港演艺学院，1998年参演《陀枪师姐》系列。其饰演的周冠忠自幼从军，北平沦陷后以戴罪之身重返战场，战死疆场。
周冠杰由张磊饰演。张磊1981年生于黑龙江，2015年获《中国好声音第四季》全国总决赛冠军。他饰演的周冠杰早年参加革命，逃出监狱后任八路军参谋，牺牲于百团大战。
周汉英由叶静饰演。叶静1980年生于北京，童星出身，2003年毕业于北京电影学院。其饰演的周汉英实为地下党员之子，抗战中加入空军，战死于空战。
其他演员：
滕丽名饰赵蔓君，白志迪饰周祖康，高英饰顾玉秀，李明饰吴国喜，陈创饰赵金龙，赵子惠饰三丫，刘丛丹饰安惠子，李念饰罗雨婷，辛一娜饰林艳艳，李雨泽饰中森英，侯桐江饰郭富才，成晖饰郭连生，王国刚饰何应钦，吕一丁饰项南方，陈姗姗饰林彪标，马饰杨立功，刘芳毓饰程婉仪，王建成饰李其洋，宗利群饰彭德怀。
