Margot Robbie est... Tonya Harding
Dans Moi, Tonya, l'actrice Margot Robbie prête ses traits à la championne américaine de patinage artistique, Tony Harding. Première américaine à réaliser un triple axel en compétition, celle qui a toujours eu fort à faire avec les juges a fait la Une de la presse mondiale en 1994, soupçonnée d'avoir planifié l'attaque contre sa consoeur de glace, Nancy Kerrigan.
Sebastian Stan est... Jeff Gillooly
Marié à Tonya Harding pendant trois ans, Jeff Gillooly a été l'un des maîtres d'oeuvre de l'agression contre Nancy Kerrigan. A l'écran, il est incarné par Sebastian Stan, connu pour son rôle dans Avengers et Once Upon A Time.
Julianne Nicholson est... Diane Rawlinson
Diane Rawlinson a entraîné la jeune Tonya Harding durant pratiquement toute sa carrière. C'est Julianne Nicholson, vue dans Ally McBeal ou Boardwalk Empire, qui incarne l'ancienne championne dans le film.
Caitlin Carver est... Nancy Kerrigan
En janvier 1994, Nancy Kerrigan, étoile du patinage américain, sort de la glace après une séance d'entraînement. Dans le couloir, elle est attaquée par un assaillant qui lui frappe le genou avec une matraque. Le monde entier visionnera la vidéo montrant Kerrigan juste après l'agression. Sept semaines plus tard, la championne participe tout de même aux Jeux de Lillehammer où elle obtient la médaille d'argent. Dans le film, Kerrigan est interprétée par Caitlin Carver (La face cachée de Margot).
Paul Walter Hauser est... Shawn Eckhardt
Garde du corps de Tonya Harding et ami de proche de Jeff Gillooly, Shawn Eckhardt a participé à établir le plan - et son exécution - contre Nancy Kerrigan. Après l'affaire et sa condamnation, Eckhardt aurait changé de nom. Il est décédé en 2007 à l'âge de 40 ans. Dans le rôle, on retrouve Paul Walter Hauser, de Kingdom.
McKenna Grace est.. la jeune Tonya
Vue dans Mary et Designated Survivor, la jeune McKenna Grace incarne Tonya Harding durant son enfance. Une période intense et difficile que Moi, Tonya explore tout particulièrement afin de plonger dans les ressorts de la vie complexe de son anti-héroïne.
Allison Janney est.. LaVona Harding
Selon ses dires, Tonya Harding aurait été malmenée toute sa jeunesse par sa mère, LaVona Harding. Allison Janney (Mom, A la Maison-Blanche, etc.), qui l'incarne dans le film, n'a pas pu rencontrer LaVona en personne mais s'est, entre autres, appuyée sur des vidéos existantes où l'on voyait cette dernière.
Ricky Russert est... Shane Stant
Shane Stant est l'agresseur de Nancy Kerrigan. Ricky Russert, qui l'incarne à l'écran, a déjà été vu dans The Walking Dead.