Hovedkarakterer:
* Lightning McQueen: En cocky, rød racerbil som lærer ydmykhet og vennskap gjennom hele serien.
* Mater: En rusten, godmodig bergingsbil som er Lynets beste venn. Han er kjent for sine morsomme uhell og sin sørlandskamp.
* Sally Carrera: En elegant, blå Porsche som eier en kafé i Radiator Springs og er Lightnings kjærlighetsinteresse.
* Dok Hudson: En klok og respektert gammel Hudson Hornet som er en tidligere championracer. Han veileder Lightning og blir en farsfigur for ham.
Andre viktige tegn:
* Ramone: En kul, lilla customizer som gir Lightning en ny malingsjobb.
* Luigi: En nervøs dekkselger med italiensk aksent som er venn med Guido.
* Guido: En hardtarbeidende gaffeltruck med italiensk aksent som hjelper Luigi på dekkverkstedet.
* Sheriff: En streng, blå pickup som holder freden i Radiator Springs.
* Flo: En frekk, rosa bergingsbil som driver bensinstasjonen.
* Fillmore: En hippielignende Volkswagen-buss som kjører en naturlig bensinstasjon.
* Sarge: En jeep fra andre verdenskrig som eier en militær overskuddsbutikk.
* Mack: En stor, blå semitrailer som er Lightnings transportør.
Antagonister:
* Chick Hicks: En kynisk, gul racer som er Lynets rival.
* Kongen: En legendarisk racer som i utgangspunktet er antagonistisk mot Lynet, men til slutt blir en venn.
* Professor Z: En skurk, zombifisert bil som ønsker å ta over verden i *Cars 2*.
Nye karakterer i "Cars 3":
* Jackson Storm: En elegant, neste generasjons racerbil som er Lightnings nye rival.
* Cruz Ramirez: En talentfull, ung racerbil som blir Lynets trener.
Denne listen er ikke uttømmende, ettersom det er mange andre biroller og gjentakende karakterer i Cars-universet.