"Holy Motors" met en vedette les acteurs et actrices suivants :
* Denis Lavant comme Oscar, un homme qui subit plusieurs transformations au cours de la journée
* Edith Scob comme la mère
* Eva Mendès en tant qu'actrice
* Kylie Minogue en tant que chanteur
* Michel Piccoli comme Le Vieil Homme
* Han Hyo-joo en tant que La femme japonaise
* Monica Bellucci en tant que Le Tueur
* Isabelle Huppert en tant que directeur
* Germain Blancher en tant que conducteur
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