与其他主旋律电影相似,为了扩大影片受众、提升影片知名度,消防救援题材电影也多邀请明星演员参演。青年演员杜江先后出演了《烈火英雄》和《惊天救援》两部救援类题材电影,消防员银幕形象的连续性不仅成为影片的宣传点,甚至成为演员的鲜明标签。此外,消防救援题材电影也开始重视女性角色的塑造,如《烈火英雄》中的杨紫,《紧急救援》中的辛芷蕾,《惊天救援》中的佟丽娅、韩雪等一众女明星都有重要戏份。在危险丛生的消防救援工作中,女性同样发挥着不可替代的重要作用,消防救援题材电影对女性角色的建构一定程度上反映了社会上性别观念的变化,女性不再是被动的待拯救者,而成为可独立思考、独立行动乃至在救援过程中发挥决定性作用的角色。除了两位水管工兄弟,游戏中的经典角色也在电影中亮相。碧姬公主作为蘑菇王国意志坚定的统治者,在片中对马力欧进行了严酷的作战训练,以帮助后者挖掘自身潜力。喜剧演员杰克·布莱克、塞斯·罗根则为片中的大反派酷霸,以及“搞笑担当”大猩猩咚奇刚配音。值得一提的还有,为游戏中的马力欧和路易吉兄弟配音长达三十余年的查尔斯·马丁内斯,也在片中友情客串。