La película cuenta con un elenco estelar, incluyendo a Johnny Depp como Willy Wonka, un personaje excéntrico y enigmático, y Freddie Highmore como Charlie Bucket, el protagonista de la historia. Otros actores destacados en la película son Julia Winter como Veruca Salt, AnnaSophia Robb como Violet Beauregarde, Jordan Fry como Mike Teavee y Philip Wiegratz como Augustus Gloop.