文晸赫飾演國際刑警組織特務全智勛，他偽裝成旅遊作家，在途中遇到美麗幹練、充滿自信的姜雅凜（劉寅娜 飾），2人交往6個月後結婚，雖然他堅信自己能兼顧事業與愛情，然而，頻繁的海外出差與不穩定的生活卻帶來了婚姻危機，2人逐漸產生隔閡，最終決定分手。戲裡文晸赫因為工作冷落劉寅娜，私下他與老婆羅惠美非常甜蜜，時常為她下廚，老婆對他而言就像是摯友一般，任何心事都和彼此分享，很享受這樣的婚姻生活。
劉寅娜過去參與《來自星星的你》《孤單又燦爛的神-鬼怪》《觸及真心》等劇讓人印象深刻，這回她在《愛我的間諜》中飾演禮服設計師，為新娘打造最美麗的婚紗。劉寅娜戲裡結了2次婚，實際上仍是單身，她曾在實境節目中化身戀愛導師分享個人約會經驗，坦言：「如果有不錯的對象也會想結婚。」不過話鋒一轉又懊惱地說：「我覺得我會因為IU無法結婚。」劉寅娜與IU是多年老友，時至今日仍不時會鬥嘴、互相調侃對方，非常逗趣。
出道近18年的林周煥，以演出反派角色為觀眾熟知，如：電影《技術者們》扮演超凶狠的李室長，或是《我的鬼神君》中被惡魔附身的崔巡警，這種表面是好人、眼神卻透露著邪惡氣息的角色，與他本人的氣質大相徑庭。林周煥在《愛我的間諜》中飾演雙面間諜德瑞克·玄，還以本劇奪下「MBC演技大賞」水木劇男子優秀演技獎，他感性地說自己是第一次拿到寫著「演技」的獎項，除了感謝家人、朋友、公司同仁、劇組團隊，感謝大家一路以來的幫助。
