 | Audrey Tautou | .... | Amélie Poulain |
| Mathieu Kassovitz | .... | Nino Quincampoix |
| Rufus | .... | Raphaël Poulain |
| Lorella Cravotta | .... | Amandine Fouet/Poulain |
| Serge Merlin | .... | Raymond Dufayel (l'homme de verre) |
| Jamel Debbouze | .... | Lucien |
| Clotilde Mollet | .... | Gina |
| Claire Maurier | .... | Suzanne |
| Isabelle Nanty | .... | Georgette |
| Dominique Pinon | .... | Joseph |
| Artus de Penguern | .... | Hipolito |
| Yolande Moreau | .... | Madeleine Wallace |
| Urbain Cancelier | .... | Collignon |
| Maurice Benichou | .... | Dominique Bretodeau |
| Michel Robin | .... | M. Collignon |
| Andrée Damant | .... | Mde. Collignon |
| Claude Perron | .... | Eva |
| Armelle | .... | Philomène |
| Ticky Holgado | .... | l'homme en photo |
| Kevin Fernandes | .... | Bretodeau (comme enfants) |
| Flora Guiet | .... | Amélie (six ans) |
| Amaury Babault | .... | Nino (comme enfants) |
| André Dussollier | .... | narrateur |
| Eugène Berthier | .... | Eugène Koler |
| Marion Pressburger | .... | petites mains du générique |
| Charles-Roger Bour | .... | l'homme à la vespasienne |
| Luc Palun | .... | l'épicier d'Amandine |
| Fabienne Chaudat | .... | la femme dans le coma |
| Dominique Bettenfeld | .... | le voisin d'Amélie |
| Jacques Viala | .... | le client qui humilie son ami |
| Fabien Behar | .... | le client humilié |
| Jonathan Joss | .... | le fils du client humilié |
| Jean-Pierre Becker | .... | le clochard |
| Jean Darie | .... | l'aveugle |
| Thierry Gibault | .... | le client aux endives |
| François Bercovici | .... | son copain |
| Franck Monier | .... | Dominique Bredoteau jeune |
| Guillaume Viry | .... | le S.D.F. |
| Valérie Zarrouk | .... | Dominique Bredoteau femme |
| Marie-Laure Descoureaux | .... | la concierge du mort |
| Sophie Tellier | .... | la Tante Josette |
| Gerald Weingand | .... | l'instituteur |
| François Viaur | .... | le patron du bistrot |
| Paule Dare | .... | son employée |
| Marc Amyot | .... | l'inconnu des photomatons |
| Myriam Labbe | .... | la cliente du tabac |
| Jean Rupert | .... | l'opéré des cloisons nasales |
| Frankie Pain | .... | la marchande de journaux |
| Julianna Kovacs | .... | une cliente de l'épicerie |
| Philippe Paimblanc | .... | le contrôleur du train |
| Mady Malroux | .... | la soeur jumelle |
| Monette Malroux | .... | la soeur jumelle |
| Robert Gendreu | .... | le client du café |
| Valeriane de Villeneuve | .... | la femme qui rit |
| Isis Peyrade | .... | Samantha |
| Raymonde Heudeline | .... | la caissière du train fantôme |
| Christiane Bopp | .... | la femme près du manège |
| Thierry Arfeuilleres | .... | l'homme statue |
| Jerry Lucas | .... | le petit garçon du Sacré-Coeur |
| Patrick Paroux | .... | le souffleur de rue |
| François Aubineau | .... | le facteur de la concierge |
| Philippe Beautier | .... | le facteur de Poulain |
| Karine Asure | .... | la jolie fille du rendez-vous |
| Regis Iacono | .... | Félix L'Herbier |
| Franck-Olivier Bonnet | .... | Palace Video (voix off) (voice) |
| Alain Floret | .... | le mari de la concierge (voix off) (voice) |
| Jean-Pol Brissart | .... | Jacques Grosjean (voix off) (voice) |
| Frédéric Mitterrand | .... | en personne (voix off) (voice) |
Le fabuleux destin d'Amélie Poulain
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