迪丽热巴 饰演
太子李建成之女，生母则是回纥王族。父母手足均死于玄武门之变，得知父母被杀的后，满怀愤恨的长歌凭高超武艺逃出皇宫，并在追捕过程中制造"坠崖假死"而逃生，其后女扮男装隐瞒身份流落民间，一心只想为父母复仇，在家和国的利害冲突中，最后放弃复仇，和阿诗勒隼一起成为了民族和解的使者。
刘宇宁 饰演
高冷杀手，薄唇似刀，凌峻凌厉；冷血柔情，独守一人。
方逸伦 饰演
魏征的长子，与李长歌，李乐嫣三人为青梅竹马；小时候发生意外时被李长歌救过，从此暗恋长歌，惟从小被李乐嫣暗恋，与皓都为情敌关系。在生存与情意之间，魏叔玉为救魏一家上下，在皓都的目睹下射杀李长歌，使其跳崖落水，从此与李长歌由昔日的伙伴变成敌人，针锋相对。
赵露思 饰演
李世民之女，李长歌之堂姐妹，与李长歌，魏叔玉三人为青梅竹马。本与李长歌情同手足，后因各自立场不同走向殊途，最终为李世民与李长歌撕破脸皮。坠海后被魏叔玉救回，从此暗恋魏叔玉，与皓都有感情线。
吴磊 饰演
东突厥颉利可汗的养子。草原上的狼，尤善骑射，九岁起开始征战，十年来从无败绩，无心争夺汗位却被迫卷入突厥内部的汗位之争中。前期化名秦准，喜欢长歌。
易大千 饰演
阿诗勒隼的挚友，一直都跟随在阿诗勒隼身边帮忙其做事，性格纯粹天然，有着常人难有的单纯，与阿诗勒隼交心，是阿诗勒隼的好兄弟。
《长歌行》是一部古装电视剧，讲述了唐武德九年，内廷发生变故，原太子之女李长歌（迪丽热巴饰）逃出的故事。
在流亡途中，长歌遇到了化名为秦准的草原部落特勤阿诗勒隼（吴磊饰），两人开始了一段意想不到的冒险之旅。长歌在幽州成功破坏了一场企图，但自己的身份也暴露了，于是她前往㮶州逃难。
在㮶州，长歌躲在刺史公孙恒身边，帮助他抵抗草原权势的侵袭。然而，长歌意外发现敌方将领隼竟然是她曾经认识的秦准，这让她感到震惊和痛心。
尽管如此，㮶州的情况变得越来越危急，为了争取时间等待援军，李长歌与隼进行了谈判，并愿意为了大局沦为战俘被押往草原。在草原上，她意外得知大可汗另有野心。
长歌决定暂时放下私仇，以身涉险拼死破局，而隼为了救长歌，不惜与大可汗为敌，然而他们却因为一些误会而分道扬镳。
长歌经历了一系列的流亡和风雨，逐渐明白了仁者无敌的道理，最终彻底放下了个人恩怨。在揭露了前隋权势才是挑动事端的幕后黑手之后，长歌和隼联手保护了大唐和草原的和平，并意识到了彼此的情感，他们共同面对了危机。