Christian Bale vai Bruce Wayne / Batman:Bruce Wayne là một tỉ phú-tay chơi có tiếng. Sau khi chứng kiến cái chết của cha mẹ mình trong một vụ ám sát năm lên 8 tuổi, Bruce đã đi vòng quanh thế giới trong bảy năm trước khi trở về nhà để hoạt động dưới danh nghĩa một người thực thi công lý đeo mặt nạ dơi, được ngợi ca là "Kỵ sĩ bóng đêm" của thành phố Gotham khi sử dụng nỗi sợ để trấn áp thế giới ngầm tội phạm của thành phố vào ban đêm. Bale nói rằng anh rất tự tin với lựa chọn trở lại đóng vai diễn nhờ những phản hồi tích cực về diễn xuất của anh trong Batman Begins. Anh tiếp tục luyện tập theo phương pháp chiến đấu Keysi và tự thực hiện nhiều pha nhào lộn nhưng không tăng cơ nhiều như phần phim trước vì bộ Batsuit mới cho phép anh di chuyển một cách nhanh nhẹn hơn. Bale miêu tả về tình thế lưỡng nan của Batman, liệu "[cuộc thập tư chinh của anh ấy] có kết thúc. Anh ấy có thể từ bỏ và lấy lại cuộc sống bình thường không? Đó là loại sức mạnh hưng cảm mà ngườ ... Tiếp tục ở trên, sao cho nó trả lời "¿Qué hace ser Batman difícil?":
i đó phải duy trì đam mê và sự giận dữ mà họ từng cảm nhận khi còn bé, rồi nỗ lực trong một thời gian dài để duy trì nó. Tại một số thời điểm, bạn phải xua đuổi con quỷ của chính mình". Nam diễn viên nói thêm, "Giờ bạn không chỉ là một người đàn ông trẻ tuổi mang nỗi đau cố gắng tìm ra một câu trả lời nào đó, mà bạn còn là một người thực sự có quyền lực cũng như bị quyền lực đè nặng, do đó bạn phải nhận ra sự khác biệt giữa việc đoạt lấy quyền lực và nắm giữ nó." Bale thấy rằng tính cách của Batman đã được hình thành đầy mạnh mẽ trong phần phim đầu, do đó dường như nhân vật của anh sẽ không bị các phản diện chiếm mất đất diễn, "Tôi không gặp vấn đề gì khi phải cạnh tranh với những người khác. Điều đó sẽ làm nên một bộ phim hay hơn".Michael Caine vai Alfred Pennyworth:Alfred là một người quản gia đáng tin cậy và người bạn tri kỷ của Bruce, ông cung cấp những lời khuyên hữu ích cho Bruce và mang hình ảnh chân dung một người cha, do đó Alfred còn được gọi là "Batman's batman".Heath Ledger vai Joker:Joker là một kẻ chủ mưu tâm thần vô chính phủ, tự miêu tả mình là "hiện thân của sự hỗn loạn"; y trỗi dậy từ thế giới ngầm tội phạm bằng cách trút sự tàn phá lên Gotham và kéo Batman gần đến lằn ranh giữa chủ nghĩa anh hùng và chủ nghĩa phản diện. Trước khi Ledger nhận vai Joker vào tháng 7 năm 2006, Paul Bettany, Lachy Hulme, Adrien Brody, Steve Carell và Robin Williams từng công khai bày tỏ sự quan tâm đến vai diễn. Tuy nhiên Nolan chỉ chọn làm việc với Ledger trong một số dự án trước đây (Ledger từng từ chối lời mời đóng vai Batman trong Batman Begins), đồng thời tán thành với diễn xuất nhân vật một cách hỗn loạn của Ledger. Khi Ledger xem Batman Begins, anh đã phát hiện ra cách để làm nhân vật phù hợp với màu sắc của phim: anh miêu tả Joker của mình là một "thằng hề tâm thần phân liệt bị rối loạn nhân cách chống xã hội và tên sát nhân tập thể vô cảm". Trong phim Joker có một nụ cười Glasgow, da phấn trắng và đôi môi đỏ mang thương hiệu là do hóa trang hơn là kết quả tẩy trắng hóa học, giống như ngoại hình nhân vật...