Xavier a 30 ans. Il a réalisé son rêve d'enfance, il est devenu écrivain, mais il semble quand même un peu perdu. Il a quelques problèmes avec sa banquière. Il a également des réticences à se fixer avec une fille et enchaîne les aventures amoureuses avec inconséquence. Xavier est contraint de continuer son travail à Londres, puis à Saint-Pétersbourg. Ces nouveaux voyages lui permettront peut-être de réconcilier le travail, l'amour et l'écriture.

Xavier Rousseau (Romain Duris) : Le narrateur.
Martine (Audrey Tautou) : Son ex.
Isabelle (Cécile de France) : Une amie lesbienne, journaliste financière.
Wendy (Kelly Reilly) : Une des colocataires de l'Auberge Espagnole, anglaise. (Ses répliques dans la version française correspondent aux sous-titres)
William (Kevin Bishop) : Le frère de Wendy.
Kassia (Aïssa Maïga) : La vendeuse dans un magasin de fringue pour filles.
M. boubaker (Zinedine Soualem) : le voisin M. Tout-Le-Monde de Xavier.
Natacha (Evguenya Obraztsova) : La fiancée de William, danseuse de ballet, russe.
Neus (irene Montala) : Une espagnole que Xavier avait rencontré à Barcelone, 5 ans auparavant.
Papou (Pierre Gérald) : Le grand-père de Xavier.
Caro (Sophie Barbe) : 1ère petite amie d'Isabelle.
Lucas (Amin Djakliou) : Le fils de Martine.
M. Platane (Pierre Cassignard) : Interviewé par Xavier sur son job.

La productrice TV (Carole Franck)
Le réalisateur de la série (Nicolas Briançon)

Edward (Gary Love) : Petit ami de Wendy.
Celia Shelton (Lucy Gordon) : Mannequin.

La suite de l'Auberge Espagnole... On prend les mêmes et on recommence 5 ans après ? Ben pas tout à fait, justement. "Les poupées russes" est plus sérieux, même si l'humour n'est jamais loin. La question centrale est l'amour, l'amitié est passée au second plan. Et les surprises sont au rendez-vous !
P'tite anecdocte : Cédric Klapisch fait une apparition dans le rôle du voyage de l'Eurostar qui attend à l'extérieur des toilettes où Xavier est en train d'écrire.