* Hal Linden som Captain Barney Miller: Den venlige, men ofte irriterede kaptajn i det 12. område.
* Maxwell Gail som sergent Stanley "Wojo" Wojciehowicz: Den elskelige, noget uduelige og altid entusiastiske officer.
* Ron Glass som sergent Ron Harris: Den stoiske, intelligente og ofte sarkastiske officer.
* Abe Vigoda som detektiv Phil Fish: Den kyniske, gnavede og ofte upålidelige detektiv.
* Jack Soo som detektiv Nick Yemana: Den korthjertede, men alligevel indsigtsfulde og velmenende detektiv.
* James Gregory som løjtnant Arthur Dietrich: Den strenge og ofte stive overordnede officer til kaptajn Miller.
* Barbara Barrie som officer Elizabeth "Liz" Miller: Den eneste kvindelige betjent og en dygtig politikvinde med en tør sans for humor.
* Gregory Sierra som officer Miguel "Chano" Amenguiano: Den energiske, til tider humrende og ofte komiske latinamerikanske officer.
Showet indeholdt også en række tilbagevendende karakterer, herunder:
* David Graf som Officer Michael "Sweety" Sweet: Den bumlede, let skræmte betjent, der ofte befandt sig i problemer.
* Janet DuBois som officer Janet Harris: Den ofte sarkastiske og kyniske officer, der blev introduceret i fjerde sæson.
* Stephen Collins som detektiv Norman "Norm" Harris: Ron Harris's younger brother and partner, who appeared in the later seasons.
Ensemblebesætningen af Barney Miller var kendt for sin kemi og showets vittige, observerende humor.