影片中王宝强饰演一个像大树一样成为孩子们依靠的教练——向腾辉,其角色具有复杂多面性,和王宝强过往塑造的角色有很大的不同。陈永胜饰演的马虎是一个有点叛逆刺头、但生命力很顽强的男孩,在片中和向腾辉“相爱相杀”的琐碎日常也是影片一大看点。新人演员张祎曈在影片中饰演孩子们的姐姐,她在影片中是一个看似微小但很坚韧的角色,有在贫瘠生活里给到孩子们丝丝心理上的依靠。影片特别出演吴京也惊喜现身北京和天津的活动现场,并分享了自己的感受:“我是有着二十年专业体育生涯的国家级运动员,这个电影是我最没有去‘演’的一次,只要我站在那里就能想到我之前的经历。能参加这部电影我是三生有幸,《中国乒乓》是我看过的最好看的一部中国体育电影。”