《花月若知何时圆》集结了众多实力派演员,全明星阵容成为本剧一大看点,主演黄婷婷曾是SNH48成员,曾经在《全世界都在等你》、《亲爱的孩子》、《逆袭之星途璀璨》等优秀剧作中都有不俗等表现。主演权沛伦也曾参演《重紫》、《传闻中等陈芊芊》、《无心法师2》等优秀影视剧,此次他们二人剧中扮演一对命运波折但爱情坚定的情侣。同时,演员王彦鑫、刘静怡、谢鹏路、裴筝筝、王城钧、李翠翠、陈凯欣等实力派演员也参与了该剧等表演,他们将在剧中扮演重要角色,为故事增色添彩。作为影片中的灵魂人物,这位改变了“放羊班”学生们命运的美术老师的选角极为关键。出演美术老师冷轩这一角色的是西安摇滚乐代表人物——歌手王建房,其代表作《长安夜》《在人间》等歌曲知名度极高,跨界出演更是为影片增添了许多惊喜。