L'histoire de Londres (Meurtre de John Openshaw) :
* John Openshaw : Un homme qui fuit l'Amérique vers l'Angleterre, craignant pour sa vie. Il est assassiné par un mystérieux agresseur.
* Sherlock Holmes : Le brillant détective qui enquête sur le meurtre d'Openshaw.
* Dr. Watson : Fidèle compagnon de Holmes et narrateur de l'histoire.
* Inspecteur MacDonald : Détective de Scotland Yard qui enquête initialement sur le meurtre d'Openshaw.
L'histoire américaine (La Vallée de la peur) :
* McMurdo : Un inconnu apparemment charmant qui arrive dans la ville minière américaine de Vermissa, se révèle plus tard être le cerveau derrière la « Vallée de la peur ».
* Ettie Shafter : Une jeune femme attirée par le charme de McMurdo mais qui devient plus tard la cible de ses machinations.
* "Patron" McGinty : Le chef impitoyable d'une organisation criminelle secrète connue sous le nom de « Scowrers » à Vermissa.
* Guillaume "Noir" : Membre des Scowrers et l'une des figures clés de l'organisation.
* "Le vieil homme" (Edward Lyon) : Un détective à la retraite qui a survécu à la « Vallée de la peur » et aide Holmes à résoudre le mystère.
* Père Ignatius Gallaher : Un prêtre catholique de Vermissa qui est au courant des activités criminelles des Scowrers et assiste Holmes.
* Cécil Barker : Un jeune homme qui est pris entre deux feux dans les activités des Scowrers et devient un personnage clé de l'enquête.
Personnages secondaires :
* Mme. Hudson : La propriétaire du 221B Baker Street, résidence de Holmes et Watson.
* M. Douglas : Un rédacteur en chef de journal qui fournit des informations sur les Scowrers.
* Le Colonel : Un officier militaire qui s'implique dans l'enquête.
Le roman mélange harmonieusement les deux intrigues, révélant comment les événements de la Vallée de la Peur sont liés au meurtre d'Openshaw à Londres.