《楚汉传奇》把刘邦定位为“平民皇帝”。陈道明细腻地演绎了刘邦从一个普通农民到大政治家的转变，既不过分强调他的草根，也不夸大他的腹黑。为演好这个角色，陈道明不仅晒黑皮肤，对自己的造型细节也提出了一些修改意见从开工到收工一直站着，获封“站神”。据悉，为了能演刘邦，陈道明盼了7年。

黄秋生版刘邦痞气和霸气并重，战场上，他坐镇战车，睥睨沙场，一派王者风范；军营中，他外表礼贤下士，实则狠戾霸道，彰显帝王之气。而网友在看过片花后认为：“黄秋生将刘邦演活了，面对薄姬时的轻佻，身披铠甲时的严肃，兵败时勃然大怒，每一个表演都细致入微，不愧是是史上最流氓、最匪气的刘邦。”

曾在高希希执导的《三国》中出演吕布的何润东这次有了更重的戏分,他说,演过项羽,他才知道自己会这么爱一个角色,以致杀青之后还久久不愿从角色里跳脱出来。何润东对项羽有自己的理解:“我觉得说他是莽夫是一种误解,他只是不擅政治,但他是一个很好的将军。”

任程伟演绎的“西楚霸王”不仅塑造出了楚霸王的盖世豪气，而且在破釜沉舟、四面楚歌、霸王别姬之时细腻地表现出英雄末路时的心理变化。据悉，为了还原项羽“千古第一勇士”的风采，著名动作导演元彬特地为任程伟设计了全新的武打动作，个性鲜明的一招一式尽显项羽的王者霸气。

历史上吕后以工于心计、心狠手辣著称，更因闻名于世的“人彘”事件而被后人称之为“千年毒后”。先后在银幕荧屏两次饰演吕雉的秦岚对其也有着自己的独到理解，“我们以前对吕后的认识太片面了，我希望能够通过自己的表演在《楚汉传奇》中为吕后正名，展现吕后‘一人千面’的复杂性格。”

柯蓝饰演的吕雉是一位在历史上备受争议的历史人物。从人物造型来看，柯蓝版的吕雉比以往版本的吕雉更增添了女性特有的温婉气息，淡雅的妆容、素雅的着装犹如苏轼的诗句“欲把西湖比西子，浓妆淡抹总相宜”。

段奕宏透露原先剧本中写了韩信与四个女人的爱情故事，看过剧本后段奕宏当时提出让高导删掉其中三个女人的戏。段奕宏称：“他比较看重韩信胸怀及才略的部分，剪掉女人戏是为了更好的突出韩信男儿的胸怀大志，叱咤风云，感情戏可以有但是不能滥不能多。”在他看来，韩信不光有刚气的一面，更有他的可爱之处。

姚刚饰演的韩信本为项羽手下郎中，因在楚营受了“胯下之辱”又兼不得项羽信任，弃楚投汉，因此成就了一代英雄伟业。为塑造好这位被后人奉为“兵仙”、“战神”的传奇人物，拍摄期间姚刚经常与导演谈思路、对台词、讨论剧情等。在他眼中，韩信是一个充满智慧、有勇有谋、重情重义的英雄人物。

虞姬扮演者李依晓是戏曲演员出身，她相信自己诠释的虞姬，无论从姿态还是神韵上，一定与以往的虞姬不同。她对感情戏也有自己的理解，“虞姬不仅仅是项羽的爱人，也给予他母爱和安全感。”

金晨饰演的虞姬充满温柔婉约的气质，无论是简单的白裳，还是绣工精致的红衣粉裙，都充满古典之美。她眉如远山，与项羽四目相交，依偎在爱人怀里的场景都充满款款深情，令人陶醉。金晨说她眼中的虞姬不单单只是花瓶 ，而且还很伟大，因为她可以为了心爱的人牺牲性命。