Anson Mount, Ethan Peck e Rebecca Romijn, protagonisti principali della serie, riprendono i rispettivi ruoli già interpretati in ''Discovery'' e ''Short Treks'' di Christopher Pike, Spock e Una Chin-Riley/Numero Uno.<ref name="hollywoodreporter" /> Questi personaggi sono stati introdotti per la prima volta nell'episodio pilota della serie classica ''[[Lo zoo di Talos]]'' (''The Cage''), con con [[Jeffrey Hunter]] nei panni di Pike, [[Leonard Nimoy]] nei panni di Spock e [[Majel Barrett]] nei panni del Numero Uno.<ref name="deadline" /><ref name="dgc" /> Per sviluppare il personaggio di Pike oltre il suo piccolo ruolo nella serie originale, gli autori si sono ispirati allo stile di comando di Anson Mount. Lo ''showrunner'' [[Akiva Goldsman]] ha affermato che a Mount piace trovare consenso all'interno di un gruppo, questo ha portato ad aggiungere un tavolo all'interno degli alloggi del Capitano Pike nella serie, dove può riunire l'equipaggio e cucinare per loro.<ref name="trekmovie2">{{Cita news |autore=Matt Wright |url=https://trekmovie.com/2021/09/13/pikes-kitchen-spocks-love-and-more-revealed-from-star-trek-strange-new-worlds-panel/ |titolo=Pike's Kitchen, Spock's Love, And More Revealed From 'Star Trek: Strange New Worlds' Panel |sito=TrekMovie.com |data=13 settembre 2021 |accesso=19 settembre 2021 |lingua=en}}</ref>
All'inizio delle riprese è stato annunciato che [[Babs Olusanmokun]], [[Christina Chong]], [[Celia Rose Gooding]], [[Jess Bush]] e [[Melissa Navia]] avrebbero interpretato altri personaggi principali della serie.<ref name="deadline2" /> I loro ruoli sono stati rivelati nel settembre del 2021: Jess Bush avrebbe ricoperto l'altro ruolo interpretato da Majel Barrett nella serie classica, l'invermierainfermiera [[Christine Chapel]]; Celia Rose Gooding avrebbe assunto il ruolo di [[Nyota Uhura]], originalmente interpretata da [[Nichelle Nichols]]; Babs Olusamokun come Dr. M'Benga, ruolo interpretato in un episodio della serie classica da [[Booker Bradshaw]]; Christina Chong e Melissa Navia avrebbero interpretato i nuovi personaggi di [[La'an Noonien-Singh]] ed [[Erica Ortegas]], mentre Bruce Horak è stato scelto per il ruolo di [[Hemmer]].<ref name="trekmovie12">{{Cita news |autore=Matt Wright |url=https://trekmovie.com/2021/09/08/meet-the-cast-of-star-trek-strange-new-worlds/ |titolo=Meet The Cast Of 'Star Trek: Strange New Worlds' |sito=TrekMovie.com |data=8 settembre 2021 |accesso=11 settembre 2021 |lingua=en}}</ref><ref>{{Cita news |autore=Kayti Burt |url=https://www.denofgeek.com/tv/star-treks-most-underserved-characters-will-be-back-in-strange-new-worlds/ |titolo=Star Trek's Most Underserved Characters Will Be Back in Strange New Worlds |sito=[[Den of Geek]] |editore= |data=9 settembre 2021 |accesso=11 settembre 2021 |lingua=en}}</ref>
Il primo episodio della serie introduce due personaggi della serie classica che hanno ruoli ricorrenti nella prima stagione: [[Gia Sandhu]] interpreta la fidanzata di Spock, [[T'Pring]], ruolo sostenuto da [[Arlene Martel]] nell'episodio della serie classica ''[[Episodi di Star Trek (serie televisiva) (seconda stagione)#Il duello|Il duello]]'' (''Amok Time'');<ref>{{Cita news |autore=Denise Petski |url=https://deadline.com/2022/05/star-trek-strange-new-worlds-gia-sandhu-confirmed-tpring-paramount-plus-series-1235016328/ |titolo='Star Trek: Strange New Worlds': Gia Sandhu Confirmed To Play T'Pring In Paramount+ Series |sito=[[Deadline (sito web)|Deadline]] |editore=[[Penske Media Corporation]] |data=4 maggio 2022 |accesso=5 maggio 2022 |lingua=en}}</ref> mentre [[Dan Jeannotte]] interpreta [[George Samuel Kirk|George Samuel "Sam" Kirk]], il fratello del futuro capitano dell{{'}}''Enterprise'' [[James T. Kirk]], che è stato interpretato dallo stesso attore di Kirk, [[William Shatner]] nell'episodio della serie classica ''[[Episodi di Star Trek (serie televisiva) (prima stagione)#Pianeta Deneva|Pianeta Deneva]]'' (''Operation: Annihilate!'').<ref name="inverse" /> Henry Myers ha riconosciuto che stavano reinterpretando una parte dell'episodio ''Il duello'' in modo diverso da come avevano fatto i fan in precedenza, per espandere il ruolo di T'Pring nella vita di Spock, ma ha ritenuto che cò fosse necessario per esplorare questa parte della vita di Spock e ciò ha reso possibile espandere il personaggio di T'Pring in modi che si sono rivelati interessanti.<ref name="trekmovie8" />
