A mediados de 2016 terminó el rodaje de la serie y en ese entonces se revelaron los 217 nombres que participarán en esta temporada.
El elenco lo encabezan actores originales de la serie como Kyle MacLachlan (Agente Dale Cooper), Sheryl Lee (Laura Palmer), Sherilyn Fenn (Audrey Horne), Mädchen Amick (Shelly Johnson), David Duchovny (Dennis/Denise Bryson), Michael Horse (Deputy Hawk), Dana Ashbrook (Bobby Briggs), Peggy Lipton (Norma Jennings) y Everett McGill (Ed Hurley).
Asimismo, entre los nombres que se suman a la producción están Amanda Seyfried, Naomi Watts, Ashley Judd, Jennifer Jason Leigh, Laura Dern, Robert Knepper, James Belushi y Michael Cera, junto con los músicos Trent Reznor (líder de Nine Inch Nails) y Eddie Vedder (vocalista de Pearl Jam).
David Lynch también aparecerá en pantalla para volver a interpretar al agente del FBI Gordon Cole.
