ทัตสึโนโกะ vs. แคปคอม: อัลติเมตออล-สตาร์ส มีตัวละครทั้งสิ้น 26 ตัว ซึ่งใน ครอสเจนเนอเรชั่นออฟฮีโร่ส์ ของระบบอาเขตเดิมนั้น จะมีตัวละครต้นฉบับอยู่ 18 ราย และเพิ่มขึ้นมาเป็น 22 รายในการวางจำหน่ายสำหรับระบบวี และบัญชีรายชื่อของอัลติเมตออล-สตาร์ส ยังมีส่วนคล้ายกับของเดิมที่จัดแบ่งตัวละครอย่างลงตัวระหว่างทัตสึโนโกะกับแคปคอม โดยในการสัมภาษณ์ เรียวตะ นิตสุมะ ได้อธิบายว่าตัวละครดังกล่าวได้ถูกเลือกจากบัญชีรายชื่อโดยอิงกระแสความนิยมเป็นหลัก[25]

ภายในเกมยังมีตัวละครพิเศษที่มีขนาดใหญ่โตและมีพลังในการโจมตีที่รุนแรงอีกสองราย ซึ่งได้แก่โกลด์ไลตัน จากฝั่งทัตสึโนโกะ กับPTX-40A จากฝั่งแคปคอมเท่านั้นที่ต่อสู้ตามลำพังโดยไม่มีพาร์ทเนอร์[10] ทั้งยังมีตัวละครเสริมที่ไม่สามารถเลือกเล่นเป็นตัวละครหลัก เข้ามาเป็นผู้ช่วยอีกหลายรายในส่วนของการจู่โจมบางรูปแบบ อย่างเช่นแคชเชิร์น จะมี"เฟรนเดอร์" เข้ามาเป็นผู้ช่วยขณะใช้ท่าไม้ตาย และไฮเปอร์คอมโบ ส่วนโดรอนโจจะมี"โบยัคกี้" (ให้เสียงพากย์โดยโจจิ ยานามิ) กับ"ทอนซูระ" (ให้เสียงพากย์โดยคาซูยะ ทาเตะคาเบะ) เข้ามาเป็นผู้ช่วย[10][26]

^1 ฮาคุชอน ไดเมียว, อิปปาสุแมน, เทคก้าแมนเบลด, โจ เดอะคอนดอร์, ยัตต้าแมน-2, ซากิ โอโมกาเนะ, วิวฟูล โจ, แฟรงค์ เวสท์ และ ซีโร่ เป็นตัวละครที่ปรากฏในระบบวี[29]

^2 ฮาคุชอน ไดเมียว สามารถเล่นได้เฉพาะภาค ครอสเจนเนอเรชั่นออฟฮีโร่ส์ เท่านั้น[30]

^3 เทคก้าแมนเบลด, โจ เดอะคอนดอร์, ยัตต้าแมน-2, แฟรงค์ เวสท์ และ ซีโร่ สามารถเล่นได้เฉพาะภาค อัลติเมตออล-สตาร์ส เท่านั้น[6][31][32]