《长相思》男主角是张晚意，女主是杨紫，还有主要男性角色是邓为、檀健次、王弘毅。
1、杨紫饰演小夭／玟小六
杨紫2002年因出演古装历史情感剧《孝庄秘史》开始崭露头角。2004年，凭借青春校园喜剧片《女生日记》提名第12届中国电影童牛奖优秀儿童演员奖；随后，因主演情景喜剧《家有儿女》的夏雪被观众熟知。2014年，主演近代革命史诗剧《战长沙》。
2018年，主演的古装神话剧《香蜜沉沉烬如霜》取得了全国同时段电视剧收视冠军。2019年，主演的青春励志言情剧《亲爱的，热爱的》获得颇高关注。2023年7月24日，与张晚意主演的古装神话剧《长相思》播出 ，并演唱相思曲《相见相思》。
2、张晚意饰演玱玹
张晚意2016年主演个人首部电视剧《极品模王》进入演艺圈。2021年迎来演艺事业小高峰：凭借《觉醒年代》、《乔家的儿女》获得5个男配角奖项。2022年终于迎来了个人首部男主剧《勇敢的翅膀》。2023年7月24日，主演的古装神话剧《长相思》在腾讯视频播出。
3、邓为饰演涂山璟／叶十七
邓为2020年参演古装奇幻爱情剧《遇龙》，从而进入演艺圈。2021年，主演电视剧《潇洒佳人淡淡妆》；同年，参演电视剧《重紫》，饰演秦珂；12月，主演的奇幻爱情剧《我是岁月你是星辰》在腾讯视频播出。
2022年1月14日，主演的古装剧《潇洒佳人淡淡妆》在爱奇艺播出，2023年4月6日，参演电视剧《长月烬明》，在优酷播出，2023年7月24日，主演电视剧《长相思》，在腾讯视频播出。
4、檀健次饰演相柳／防风邶
檀健次2010年以MIC男团成员身份正式出道。2007年，主演剧情片《秘岸》。2017年10月，主演都市爱情电视剧《原来你还在这里》。2018年3月，主演的古装剧《三国机密之潜龙在渊》播出。
2021年，主演的古装轻喜剧《骊歌行》播出。2022年，首次担任男一号主演的刑侦探案剧《猎罪图鉴》播出，并为其演唱同名主题曲。2023年7月24日，特别主演的《长相思》播出。
5、王弘毅饰演赤水丰隆
2021年，出演都市爱情剧《月光变奏曲》，从而进入演艺圈 ；同年，主演古装电视剧《莫染》 。2022年，参演的电视剧《且试天下》播出 。2023年2月14日，主演的电视剧《与卿书》在芒果TV播出 。7月24日，参演的《长相思》在腾讯视频全网独播。
