Distribution principale :
* Keanu Reeves comme Néo
* Laurence Fishburne comme Morphée
* Carrie-Anne Moss comme Trinité
* Hugo Tissage en tant qu'agent Smith
* Jada Pinkett Smith comme Niobé
* Lambert Wilson comme Le Mérovingien
* Monica Bellucci comme Perséphone
* Harold Perrineau comme lien
* Daniel Bernhardt en tant qu'agent Johnson
* Nona Gaye comme Zee
Distribution secondaire :
* Ian Bliss comme Rhésus
* Collin Chou comme Séraphin
* Anthony Wong en tant que Keymaker
* Bruce Spence en tant que L'Architecte
* David Roberts comme souris
* Harry Lennix comme L'Oracle
* Gloria Foster comme The Oracle (images d'archives)
* Alanna Masterson en tant que Jeune Trinité
Cette liste comprend le casting principal, mais il existe de nombreux autres rôles secondaires et personnages plus petits dans le film.