1、王雷饰演李延年。1945年10月入伍，参加过解放战争、湘西剿匪、抗美援朝战争、边境防卫作战等大小战斗20多次，荣立特等功1次，三等功、小功若干次。2019年9月17日，国家主席签署主席令，授予李延年“共和国勋章”。
2、雷佳音饰演于敏。核物理学家，国家最高科技奖获得者，共和国勋章获得者。在中国氢弹原理突破中解决了一系列基础问题，提出了从原理到构形基本完整的设想，起了关键作用。
3、黄晓明饰演黄旭华。第一代核潜艇总设计师。他为国家利益“深潜”，默默工作，六十多年来攻坚克难，为中国核潜艇研制和跨越式发展做出杰出贡献。隐姓埋名三十余年，初心不改克服万难，最终成就了我国核潜艇事业从无到有的跨越。
4、郭涛饰演张富清。张富清同志在解放大西北系列战斗中英勇善战、舍生忘死，荣立西北野战军特等功一次、军一等功一次、师一等功一次、师二等功一次和团一等功一次，并被授予军“战斗英雄”称号、师“战斗英雄”称号和“人民功臣”奖章。
5、蒋欣饰演申纪兰。山西人西沟村人，性格朴实豪爽，天生带有幽默细胞，经常发出爽朗的笑声。她热爱劳动，经常发动妇女下地劳动，倡导男女同工同酬。连续担任十三届全国人大代表，全国劳动模范。
6、佟大为饰演孙家栋。中国航天科技集团有限公司高级技术顾问，风云二号卫星工程总设计师，北斗二号卫星工程和中国第二代卫星导航系统重大专项高级顾问，原航空航天工业部副部长，中国科学院院士。
7、周迅饰演屠呦呦。北京中药所助理研究员，宁波人，名门出身，拥有良好的教育，年幼时深受家中宠爱，丢三落四，不食人间烟火。
8、黄志忠饰演袁隆平。中国杂交水稻事业的开创者和领导者，湖南省政协原副主席，国家杂交水稻工程技术研究中心原主任，中国工程院院士，被誉为“杂交水稻之父”。
9、《功勋》是由郑晓龙担任总导演，毛卫宁、沈严、林楠、杨文军、康洪雷、阎建钢、杨阳担任单元导演，共同执导，王雷、雷佳音、蒋欣、佟大为、郭涛、黄志忠、黄晓明、周迅、张颂文、陈好主演的年代传记剧。
