"Cô gái từ quá khứ" mang đến sự trở lại của Ninh Dương Lan Ngọc với vai diễn Hoàng Quyên/Ms. Q, vốn đã làm nên tên tuổi của ngọc nữ trăm tỷ này. Đối lập với Hoàng Quyên trong "Cô gái từ quá khứ" chính là Quỳnh Yên do Kaity Nguyễn đảm nhận. Xuất hiện với vai trò một cô nhân viên kinh doanh bất động sản, Quỳnh Yên chủ động tiếp cận Hoàng Quyên và làm sống lại quá khứ đen tối của ngôi sao showbiz Ms. Q. Sự xuất hiện của Quỳnh Yên sau 15 năm sinh sống ở Mỹ làm đảo lộn toàn bộ cuộc sống viên mãn đang có của Hoàng Quyên. Đây là lần đầu tiên Kaity Nguyễn vào vai một nữ phản diện với gương mặt thánh thiện nhưng ẩn chứa nhiều mưu toan đáng lo ngại. Được xây dựng nhân vật theo kiểu phụ nữ đậm chất Femme Fatale (đàn bà nguy hiểm), Quỳnh Yên là một vai diễn đầy mới lạ và thử thách đối với Kaity Nguyễn sau hàng loạt vai diễn yêu kiều, trẻ thơ.
Là hai nữ diễn viên điện ảnh hàng đầu Việt Nam hiện tại với những thành tích doanh thu phòng vé hàng trăm tỷ đầu, Ninh Dương Lan Ngọc và Kaity Nguyễn khiến cho giới truyền thông đặt nhiều câu hỏi quan tâm về màn hợp tác lần này. Trước thắc mắc liệu cả hai mỹ nhân có sự ganh đua ngầm trong quá trình làm việc, Ninh Dương Lan Ngọc thẳng thắn trả lời:
"Không có chuyện tôi và bé Kaity "nuốt" nhau. Trên phim, hai nhân vật Hoàng Quyên và Quỳnh Yên đối đầu nhau nhưng trên phim trường, hai chị em nương vào nhau để diễn. Thậm chí có những lúc, bé Kaity "kéo" tôi lên giúp cho những phân cảnh trở nên hiệu quả hơn. Tôi tin khán giả thương cảm cho nhân vật Hoàng Quyên của tôi nhiều, cô này không giống những gì mọi người đã từng thấy ở Ms.Q trong những phim trước. Nó là một nỗ lực vô cùng lớn để tôi thay đổi chính mình trong cách tiếp cận vai diễn, nhập vai".
Còn về phần mình, Kaity Nguyễn cho biết: "Tôi thần tượng chị Lan Ngọc và "mẹ" Lê Khanh, học hỏi từ cả hai tiền bối còn không hết thì làm gì có chuyện cạnh tranh đấu đá nhau. "Cô gái từ quá khứ" là một tựa phim nặng về tâm lý, phải thừa nhận rằng hai chị em đã dìu nhau đi qua những ngày quay rất khó khăn cả về tinh thần lẫn thể xác".
Bên cạnh Ninh Dương Lan Ngọc và Kaity Nguyễn, bộ phim "Cô gái từ quá khứ" còn mang đến hai nam thần màn ảnh Việt: Lãnh Thanh và Lê Xuân Tiền, hai nghệ sĩ gạo cội là NSND Lê Khanh và NSƯT Hữu Châu ở hai vai diễn bí mật chưa được tiết lộ. Từng vào vai Thái Tuyết Mai - mẹ chồng tương lai của Ms. Q (Lan Ngọc) trong "Gái già lắm chiêu 3" và vai Lý Lệ Hà - mẹ ruột của Lý Linh (Kaity Nguyễn) trong "Gái già lắm chiêu V", NSND Lê Khanh gây tò mò về vai trò trong "Cô gái từ quá khứ".
Lấy thể loại tâm lý, li kì, giật gân, hai đạo diễn - nhà sản xuất Bảo Nhân và Namcito kỳ vọng sẽ mang đến một tác phẩm điện ảnh khác biệt với những sản phẩm trước đó - vốn đã quen thuộc với công chúng của dòng phim chick-flick.