JEAN MARAIS (Fantômas / le journaliste Jérôme Fandor / le professeur Lefebvre), RAYMOND PELLEGRIN (Fantômas (voix, non crédité), LOUIS DE FUNÈS (le commissaire Juve), MYLÈNE DEMONGEOT (Hélène Gurn), JACQUES DYNAM (l'inspecteur Michel Bertrand), MICHEL DUPLAIX (Leon, un inspecteur), CHRISTIAN TOMA (l'autre inspecteur), PIETRO TORDI (le président de l'assemblée), ROBERT DALBAN (le rédacteur du journal Le Point du jour), HENRI ATTAL ET DOMINIQUE ZARDI (hommes de mains de Fantômas), YVAN CHIFFRE, ANTOINE BAUD, ANDRÉ CAGNARD (hommes de main de Fantômas), FLORENCE BLOT (la dame qui attend devant les toilettes du train), ALBERT DAGNANT (le professeur Marchand), ARTURO DOMINICI (le professeur canadien), MINO DORO (le professeur suisse), OLIVIER DE FUNÈS (Michel Gurn, dit « Michou »), ROBERT LE BÉAL (le ministre), JACQUES MARIN (l'agent de police ferroviaire), JEAN MICHAUD (le directeur de la clinique psychiatrique), ERIC VASBERG (le faux huissier et homme de main de Fantômas (non crédité), PHILIPPE CASTELLI (l'inspecteur en retard (non crédité), MAX MONTAVON (le surveillant de l'institut (non crédité), BOB MOREL (l'homme hypnotisé (non crédité), MARIO PISU (un danseur du bal de Fantômas (non crédité), ALBERT DAUMERGUE (le serveur du wagon-restaurant (non crédité), GIL DELAMARE (cascadeur / doublure de Jean Marais (non crédité), HENRI VIOLIN (cascadeur / doublure de Louis de Funès (non crédité), ROGER LUMONT (un inspecteur (non crédité), PIERRE PALFRAY (un garde du corps de Fantômas (non crédité), SILVIO LAURENZI (invité au bal masqué)