* Hal Linden som kaptein Barney Miller: Den snille, men ofte irriterte kapteinen på det 12. distriktet.
* Maxwell Gail som sersjant Stanley "Wojo" Wojciehowicz: Den elskelige, noe udugelige og alltid entusiastiske offiseren.
* Ron Glass som sersjant Ron Harris: Den stoiske, intelligente og ofte sarkastiske offiseren.
* Abe Vigoda som detektiv Phil Fish: Den kyniske, gretten og ofte upålitelige detektiven.
* Jack Soo som detektiv Nick Yemana: Den kortvarige, men likevel innsiktsfulle og velmenende detektiven.
* James Gregory som løytnant Arthur Dietrich: Den strenge og ofte rigide overordnede offiseren til kaptein Miller.
* Barbara Barrie som offiser Elizabeth "Liz" Miller: Den eneste kvinnelige offiseren og en dyktig politikvinne med tørr humor.
* Gregory Sierra som offiser Miguel "Chano" Amenguiano: Den energiske, noen ganger humpete og ofte komiske latinamerikanske offiseren.
Showet inneholdt også en rekke tilbakevendende karakterer, inkludert:
* David Graf som offiser Michael "Sweety" Sweet: Den humlende, lettskremte offiseren som ofte havnet i trøbbel.
* Janet DuBois som offiser Janet Harris: Den ofte sarkastiske og kyniske offiseren som ble introdusert i den fjerde sesongen.
* Stephen Collins som detektiv Norman "Norm" Harris: Ron Harriss yngre bror og partner, som dukket opp i de senere sesongene.
Ensemblebesetningen til Barney Miller var kjent for sin kjemi og den vittige, observerende humoren til showet.