《超时空罗曼史》胡一天与陈钰琪的CP组合火花四溅，他们的演技精湛，将角色塑造得立体饱满。其他主演如王天辰、白冰、刘怡潼、代文雯、黑泽、张雪菡、李林等的出色表现，也为这部剧增色不少。
胡一天 饰演 向秦羽/池宇
民国影星。傲娇男神外冷内热，跨时空与自己的21世纪小粉丝金阿银相遇后，两人不断磨合收获爱情，并且勘破阴谋。他有品位懂生活却有些龟毛。
陈钰琪 饰演 金阿银/金子
二十一世纪菜鸟编剧。古灵精怪鬼马少女，意外与自己的上世纪偶像向秦羽相遇后，展开了一段奇妙同居生活并且联手于迷雾中寻找真相。她抠门困窘却如生命力顽强的春草。
王天辰 饰演 李龙大
富二代小演员。作为池宇的好友，李龙大有钱任性，但就是不火，但所谓“命中无时莫强求”说的就是他吧。
白冰 饰演 陈沐沐
江河影视的制作人。陈沐沐在事业上有着自己的一套准则，是她的原则，智慧、和魄力共同将她送上了现在的高位。而陈沐沐光鲜亮丽的飒爽外表之下却有着风风火火、正义感十足的一面。陈沐沐在遇到了比她小11岁的金川之后心动复苏，甜蜜的爱情让陈沐沐十分幸福，年龄的差距带来新鲜感的同时也带来了各方面的压力。
刘怡潼 饰演 麻泽浩/杨达荣
程序员。从小麻泽浩就是一副呆头呆脑的形象。在外人看来这个孩子就像是自闭症患者，除了陶陶谁也不愿意亲近。
代文雯 饰演 陶陶/杨小云
实习化妆师。陶陶虽然在温馨的小家里长大，但她却一直努力克服着与生俱来的挫折。
黑泽 饰演 金川
角色介绍旅行摄影师，金阿银胞弟。
张雪菡 饰演 滕溪
童星，女明星，万千宠爱的女神，自幼成名但是依旧保持单纯的心，追求真爱。
李林 饰演 胡制片
闵政 饰演 冯导
王德顺 饰演 狄沪生
范湉湉 饰演 穆老师
于明加 饰演 周姝
孙信宏 饰演 阿豪
