* Hal Linden nel ruolo di Capitano Barney Miller: Il capitano gentile ma spesso esasperato del 12° distretto.
* Maxwell Gail nel ruolo del Sergente Stanley "Wojo" Wojciehowicz: L'ufficiale adorabile, un po' inetto e sempre entusiasta.
* Ron Vetro nel ruolo del sergente Ron Harris: L'ufficiale stoico, intelligente e spesso sarcastico.
* Abe Vigoda nel ruolo di Detective Phil Fish: Il detective cinico, scontroso e spesso inaffidabile.
* Jack Soo nel ruolo di Detective Nick Yemana: Il detective irascibile, ma perspicace e ben intenzionato.
* James Gregorio nel ruolo del tenente Arthur Dietrich: L'ufficiale superiore severo e spesso rigido del capitano Miller.
*Barbara Barrie nel ruolo dell'Agente Elizabeth "Liz" Miller: L'unica agente donna e una poliziotta capace con un senso dell'umorismo pungente.
* Gregorio Sierra nel ruolo dell'Agente Miguel "Chano" Amenguiano: L'ufficiale ispanico energico, a volte maldestro e spesso comico.
Lo spettacolo presentava anche una serie di personaggi ricorrenti, tra cui:
* David Graf nel ruolo dell'Agente Michael "Sweety" Sweet: L'ufficiale maldestro e facilmente intimidibile che spesso si trovava nei guai.
*Janet DuBois nel ruolo dell'Agente Janet Harris: L'ufficiale spesso sarcastico e cinico introdotto nella quarta stagione.
* Stephen Collins nel ruolo di Detective Norman "Norm" Harris: Il fratello minore e partner di Ron Harris, apparso nelle stagioni successive.
Il cast corale di Barney Miller era noto per la sua chimica e l'umorismo spiritoso e osservativo dello spettacolo.