Comme pour ses deux précédents volets, le film d'animation Madagascar 3, Bons Baisers d'Europe jouit d'un cast vocal de prestige, en version originale comme en version française.
Les quatre personnages principaux sont à nouveau doublés par leur comédien attitré depuis 2005. José Garcia reprend le rôle du lion Alex (Ben Stiller en VO). L'acteur compte déjà 9 films pour lesquels il a donné de la voix, dont Mulan (dans lequel il interprétait Mushu), La Route d'Eldorado (Tulio) et Arthur et les Minimoys (Davido). Anthony Kavanagh reprend le rôle du zèbre Marty, doublé en VO par Chris Rock. Pour l'anecdote, l'humoriste canadien, en plus d'avoir prêté sa voix pour une dizaine de films d'animation, est également le doubleur de Mushu dans la version québécoise de Mulan. Les deux ex-Robins des Bois, Jean-Paul Rouve et Marina Foïs, reprennent respectivement les rôles de Melman la girafe et Gloria l'hippopotame. Enfin, Michaël Youn est à nouveau l'excentrique lémurien King Julian après avoir succédé à Boris Rehlinger dans Madagascar 2.
A ce cast survitaminé s'ajoutent de nouvelles voix pour ce troisième opus. Et pas n'importe lesquelles... En effet, la chanteuse lyrique Marianne James a été choisie pour doubler la persévérante capitaine de police Chantal Dubois, lancée aux trousses des animaux sauvages. Sa présence au générique nous offre en outre une séquence mémorable dans laquelle elle interprète magistralement Non, je ne regrette rien d'Edith Piaf. Dans une interview pour Le Parisien, la comédienne revient sur son expérience : "C'est un boulot extrêmement précis, qui me rappelle les exercices à la fac de musicologie. On enregistre des centaines de petits bruits, on mime les gestes des personnages devant le micro. L'actrice doit tout donner, mais sans se faire reconnaître. Seule la voix du personnage compte."