該片講述了“中國民航英雄機組”成員與119名乘客遭遇極端險情，在萬米高空直面強風、低溫、座艙釋壓的多重考驗。電影《中國機長》根據2018年5月14日四川航空3U8633航班機組成功處置特情真實事件改編：機組執行航班任務時，在萬米高空突遇駕駛艙風擋玻璃爆裂脫落、座艙釋壓的極端罕見險情，生死關頭，英雄機組的正確處置，確保了機上全體人員的生命安全，創造了世界民航史上的奇蹟。
張涵予 飾 劉長健；機長，沉穩冷靜，在駕駛室力挽狂瀾 。張涵予和許多影帝不同，“大器晚成”的他是個半路出家的演員，雖然同電影很早就結緣，但張涵予並不是表演演員出身，而是在1983年開始成為一個專業的配音演員；銀幕下的張涵予，男人氣十足，無論從哪個角度看，他都是有款有型。
歐豪 飾 徐奕辰；副駕駛，活潑愛開玩笑，對黃佳有好感 。歐豪具有成熟的演技，他在電影《左耳》中有著精彩的表演。雖然生活中的歐豪和張漾是完全不同的兩種人，但是歐豪對這樣複雜的角色卻把握地恰到好處；從故事最開始時的憂鬱自閉到黎吧啦死後的悔恨，歐豪在人物塑造上顯得遊刃有餘，與三位女主角的感情戲份也處理的相當細膩，將一個既腹黑又善良的張漾完美的呈現在銀幕上。
杜江 飾 樑棟；第二機長，為保證乘客安全，拼死從客艙返回駕駛艙，頂著狂風步履維艱，奮力前行 。杜江具有可塑性極強的外型、爽朗的個性、紮實的基本功。他在電視劇《青年醫生》中，以輕鬆自然的表演方式將“趙衝”的青春不羈與寬廣胸懷完美演繹，展現了其富有質感的演技與掌控能力，他也因此獲得肯定 。而在電影《高跟鞋先生》中，杜江無論是女裝扮相時大膽展現超模般的自信美豔，還是男裝時又將一個唯唯諾諾、畏首畏尾的程序員表現得淋漓盡致，他所塑造的角色形象深深打動不少觀眾，並引發強烈共鳴。作為演員，杜江塑造了眾多形象鮮明的角色，在電影《羅曼蒂克消亡史》中所塑造的“童子雞”令人印象深刻。除演戲之外，杜江在演唱歌曲《愛之聲》時，不僅節奏把握得很好，情緒詮釋也很到位，且領悟力很高 ；此外，在一組時尚寫真中，杜江身著帥氣西裝，盡顯輕熟型男風範。
袁泉 飾 畢男；乘務長，堅毅專業，危急時刻臨危不亂，在機艙內穩定軍心 。袁泉在事業上是一位成功的演員，在生活中她是一位充滿愛心的女性，成功與愛心並重使她氣質獨特。袁泉的性格並不像是一個人們傳統概念中的演員。她羞澀安靜，與生人相處時可能會一天不說話，就像是人們常說的那種鄰家女孩。在星光燦爛的領獎臺上，她乾淨清爽，反而與眾不同。
李沁 飾 周雅文；乘務員，負責後艙部分，掌控整個後艙工作，包括照顧後艙乘客和餐食服務。雖然受傷了但依然堅守崗位 。李沁的面相清秀，五官精美，薄薄的身體，反過來倒有一點纖弱之氣，用她來演薛寶釵會使觀眾產生一種不一樣的感受，而在她身上還有著薛寶釵那種沉穩、安靜、淡定、有分寸感的性格。李沁出道之後詮釋了眾多美麗的角色。鄰家女孩般可人的氣質，清純靚麗的白皙外形，加上科班出身的紮實演技，讓年紀輕輕的她獲得了令人羨慕的機會。而李沁纖細的身體裡，也總能爆發出強大而驚人的能量，無論是在《璀璨人生》，還是在《花開半夏》裡，她都有讓人震撼的表演。
