张嘉译此次在《急诊科医生》中饰演医术高超的急诊科主任医师何建一。张嘉译作为拥有娴熟演技的男演员，数次荣获影帝称号，擅长把握人物精髓，二度饰演医生自我挑战不断。而该剧女一号高学历海归医生江晓琪则由王珞丹饰演。这是在角色塑造上一直追求挑战自我的王珞丹告别电视荧屏三年之久的回归之作，也是她首次饰演一名医生。为了更好地融入角色、真实再现医务工作者的日常工作生活，在开机前，王珞丹主动要求前往协和医院实习，让自己的角色创作更丰满现实。而为更靠近角色，贴近人物，体现急诊科医生的干练利落，王珞丹也剪短了自己的长发，由内而外为角色服务。这次张嘉译和王珞丹的首次合作，即将进行“中美急救大比拼”。此外，作为电视剧踏实稳健的实力演员江珊饰演好胜心强，与何建一既是老同学，又是竞争对手的医生刘慧敏。而何建一的前妻梅律师由柯蓝饰演，她精明强悍，并一直深爱着何建一。该剧更有众多实力派演员齐聚“急诊科”，携手克服难关，一起成长。