* Hal Linden als Captain Barney Miller: Der freundliche, aber oft verärgerte Kapitän des 12. Bezirks.
* Maxwell Gail als Sergeant Stanley „Wojo“ Wojciehowicz: Der liebenswerte, etwas unfähige und stets enthusiastische Offizier.
* Ron Glass als Sergeant Ron Harris: Der stoische, intelligente und oft sarkastische Offizier.
* Abe Vigoda als Detective Phil Fish: Der zynische, mürrische und oft unzuverlässige Detektiv.
* Jack Soo als Detective Nick Yemana: Der aufbrausende, aber dennoch einsichtige und wohlmeinende Detektiv.
* James Gregory als Leutnant Arthur Dietrich: Der strenge und oft starre Vorgesetzte von Captain Miller.
* Barbara Barrie als Offizierin Elizabeth „Liz“ Miller: Die einzige weibliche Beamtin und eine fähige Polizistin mit trockenem Humor.
* Gregory Sierra als Offizier Miguel „Chano“ Amenguiano: Der energische, manchmal unbeholfene und oft komische hispanische Offizier.
Die Serie zeigte auch eine Reihe wiederkehrender Charaktere, darunter:
* David Graf als Officer Michael „Sweety“ Sweet: Der unbeholfene, leicht einschüchternde Beamte, der oft in Schwierigkeiten geriet.
* Janet DuBois als Beamtin Janet Harris: Der oft sarkastische und zynische Offizier, der in der vierten Staffel vorgestellt wurde.
* Stephen Collins als Detective Norman „Norm“ Harris: Der jüngere Bruder und Partner von Ron Harris, der in den späteren Staffeln auftrat.
Die Ensemblebesetzung von Barney Miller war für ihre Chemie und den geistreichen, beobachtenden Humor der Show bekannt.