スティッチの相棒となる少女リロ役のキャスティングは、本作の成否を分ける最重要ミッションだった。数千人に及ぶオーディションの末に選ばれたのは、ハワイ出身の新人マイア・ケアロハである。彼女の持つ天真爛漫なエネルギーと、どこか孤立感を抱える影のある佇まいは、まさにアニメーションから抜け出してきたリロそのものだ。地元ハワイの風土を肌で知る彼女の起用は、作品に偽りのない生命感を与えている。
リロの姉であり保護者として苦悩するナニ役にはシドニー・エリザベス・アグドンが配され、複雑な姉妹関係をエモーショナルに演じきる。さらに、トゥーロ星の議長役やジャンバ、プリークリーといった個性的なエイリアンたちのキャストにも、実力派俳優たちが顔を揃えた。スクリーンの端々にまで血の通ったアンサンブルが構築されており、人間ドラマとしての強度が前作以上に高められていることが伺える。
