Personnages principaux :
* Flash McQueen : Une voiture de course rouge et arrogante qui apprend l'humilité et l'amitié tout au long de la série.
* Mater : Une dépanneuse rouillée et bon enfant qui est le meilleur ami de Lightning. Il est connu pour ses mésaventures hilarantes et son air traînant du Sud.
* Sally Carrera : Une Porsche bleue et élégante qui possède un café à Radiateur Springs et est l'intérêt amoureux de Lightning.
* Doc Hudson : Un vieux Hudson Hornet sage et respecté qui est un ancien champion de course. Il encadre Lightning et devient pour lui une figure paternelle.
Autres personnages importants :
* Ramone : Un personnalisateur violet cool qui donne à Lightning un nouveau travail de peinture.
* Luigi : Un vendeur de pneus nerveux, à l'accent italien, ami avec Guido.
* Guido : Un chariot élévateur travailleur à l'accent italien qui aide Luigi au magasin de pneus.
* Shérif : Une camionnette bleue et sévère qui maintient la paix à Radiateur Springs.
* Flo : Une dépanneuse rose et impertinente qui gère la station-service.
* Fillmore : Un bus Volkswagen aux allures de hippie qui gère une station-service naturelle.
* Sergent : Une jeep de la Seconde Guerre mondiale qui possède un magasin de surplus militaires.
* Mack : Un gros camion semi-remorque bleu qui est le transporteur de Lightning.
Antagonistes :
* Chick Hicks : Un coureur jaune cynique qui est le rival de Lightning.
* Le Roi : Un coureur légendaire qui est initialement antagoniste envers Lightning mais finit par devenir un ami.
* Professeur Z : Une voiture méchante et zombifiée qui veut conquérir le monde dans *Cars 2*.
Nouveaux personnages dans "Cars 3" :
* Jackson Tempête : Une voiture de course élégante de nouvelle génération qui est la nouvelle rivale de Lightning.
* Cruz Ramírez : Une jeune voiture de course talentueuse qui devient l'entraîneur de Lightning.
Cette liste n'est pas exhaustive, car il existe de nombreux autres personnages secondaires et récurrents dans l'univers Cars.