Mathilde (Audrey Tautou) : Jeune fille qui sait ce qu'elle veut et l'obtient toujours.
Manech, dit Le Bleuet (Gaspard Ulliel) : Fiancé de Mathilde. Déclaré mort à la guerre.
Sylvain (Dominique Pinon) : Oncle de Mathilde.
Bénédicte (Chantal Neuwirth) : Tante de Mathilde.
Célestin Poux (Albert Dupontel) : Ancien soldat, débrouillard, surnommé "la terreur des armées".
Germain Pire (Ticky Holgado) : Détective privé "pire que la fouine".
Le facteur (Jean-Paul Rouve) : Spécialiste du freinage sur gravier.
Capitaine Favourier (Tcheky Karyo) : Fort en gueule mais humain.
Sergent Esperanza (Jean-Pierre Becker) : A effectué une mission qu'il regrette.
Maître Rouvières (André Dussolier) : Notaire de Mathilde.
Six-Sous (Denis Lavant) : Soldat. Veut mourir en homme.
Tina Lombardi (Marion Cotillard) : Prostituée. Venge son homme en tuant ceux qu'elle juge responsables de sa mort.
Commandant Lavrouye (Jean-Claude Dreyfus) : Planqué et pourri.
Ange Bassignano (Dominique Battenfeld) : Soldat originaire de Corse.
P'tit Louis (Michel Vuillermoz) : Patron de bar, a une main en bois.
Élodie Gordes (Jodie Foster) : Veuve.
Benoît Notre-Dame (Clovis Cornillac) : Condamné à mort.
Narratrice (Florence Thomassin)