* Hal Linden en tant que Capitaine Barney Miller : Le capitaine aimable mais souvent exaspéré du 12e arrondissement.
* Maxwell Gail en tant que Sergent Stanley "Wojo" Wojciehowicz : L'officier adorable, quelque peu incompétent et toujours enthousiaste.
* Ron Glass en tant que Sergent Ron Harris : L'officier stoïque, intelligent et souvent sarcastique.
* Abe Vigoda en tant que Détective Phil Fish : Le détective cynique, grincheux et souvent peu fiable.
* Jack Soo en tant que Détective Nick Yemana : Le détective colérique, mais perspicace et bien intentionné.
* James Grégory en tant que Lieutenant Arthur Dietrich : L'officier supérieur sévère et souvent rigide du capitaine Miller.
* Barbara Barrie en tant que Officier Elizabeth "Liz" Miller : La seule femme officier et une policière compétente avec un sens de l'humour sec.
* Grégoire Sierra en tant que Officier Miguel "Chano" Amenguiano : L'officier hispanique énergique, parfois maladroit et souvent comique.
La série mettait également en vedette un certain nombre de personnages récurrents, notamment :
* David Graf en tant que Officier Michael "Sweety" Sweet : L'officier maladroit, facilement intimidable, qui se retrouvait souvent en difficulté.
* Janet DuBois en tant que Officier Janet Harris : L'officier souvent sarcastique et cynique qui a été présenté lors de la quatrième saison.
* Stephen Collins dans le rôle du Détective Norman "Norm" Harris : Le frère cadet et partenaire de Ron Harris, qui est apparu dans les saisons suivantes.
Le casting de Barney Miller était connu pour sa chimie et l’humour plein d’esprit et d’observation de la série.