本作の大きな魅力は、両親役をはじめとする主要登場人物に映画界の主役級スターが集結した点にある。くんちゃんを時に叱り、時に戸惑いながら育てる「おとうさん」役には星野源、「おかあさん」役には麻生久美子が抜擢された。現代のリアルな育児の悩みや夫婦のすれ違いをリアルに表現するため、細田監督は記号的なアニメ声ではなく、実写映画のような生々しい生活感を求めた。
星野源が演じる不器用ながらも必死に家事や育児に向き合う父親像と、麻生久美子が醸し出す働く母親の焦燥感と愛情。二人の掛け合いは、まるで実際の家庭を覗き見ているかのようなリアリティを醸し出す。さらに、劇中でくんちゃんが出会う謎の男性（青年）として福山雅治、祖父役として役所広司が名を連ねる。なぜこれほどの名優たちが揃ったのか。それは、細田守が描こうとした「ひとつの家族の歴史」という壮大なテーマに、役者陣が深く共鳴したからに他ならない。
