《独行月球》中的客串明星包括：
张熙然：
在电影中客串了一个角色，出演她哥哥的是《隐秘的角落》中严良的扮演者史彭元。
史彭元：
出演张熙然在片中的哥哥。
黄子韬：
在地球毁灭后，他只能蜗居在地铁一号线，从一线艺人变成了一号线艺人，而且还脱发秃顶，自嘲是“火云邪神”。
吴京：
虽然只是躺枪提及，但也算是一个客串明星。
黄才伦：
在首映礼上有出席。
郝瀚：
饰演金刚鼠，通过动作捕捉技术后期处理成电影中的角色。
李诚儒：
饰演月球计划地球指挥中心主任孙光阳。
常远：
饰演马蓝星的副官朱皮特。
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