บิ๊กฮีโร่ 6

• ฮิโระ ฮามาดะ (อังกฤษ: Hiro Hamada) ตัวละครเอกของเรื่อง เป็นเด็กหนุ่มอายุ 14 ปีผู้มีความสามารถพิเศษในการประดิษฐ์หุ่นยนต์ เป็นหัวหน้าของทีมบิ๊กฮีโร่ 6
• เบย์แม็กซ์ (อังกฤษ: Baymax) หุ่นยนต์นักดูแลสุขภาพที่ประดิษฐ์โดยทาดาชิ มีลักษณะเป็นหุ่นพองลมสีขาวอ้วนกลม ต่อมาได้เป็นสมาชิกของทีมบิ๊กฮีโร่ 6
• เฟรด (อังกฤษ: Fred) แฟนหนังสือการ์ตูนแนวสัตว์ประหลาด ทำหน้าที่สวมชุดมอสคอตในสถาบันเทคโนโลยีซานฟรานโซเกียว และเป็นผู้ตั้งชื่อเล่นให้กับโกโก้, วาซาบิ, และฮันนี่เลมอน ต่อมาได้เป็นสมาชิกของทีมบิ๊กฮีโร่ 6
• โกโก้ โทมาโกะ (อังกฤษ: GoGo Tomago) ผู้พัฒนาล้อแม่เหล็กไฟฟ้าในสถาบันเทคโนโลยีซานฟรานโซเกียว ต่อมาได้เป็นสมาชิกของทีมบิ๊กฮีโร่ 6
• วาซาบิ (อังกฤษ: Wasabi) ผู้เชี่ยวชาญด้านเลเซอร์ในสถาบันเทคโนโลยีซานฟรานโซเกียว ต่อมาได้เป็นสมาชิกของทีมบิ๊กฮีโร่ 6
• ฮันนี่เลมอน (อังกฤษ: Honey Lemon) ผู้เชียวชาญด้านเคมีในสถาบันเทคโนโลยีซานฟรานโซเกียว ต่อมาได้เป็นสมาชิกของทีมบิ๊กฮีโร่ 6

ตัวละครอื่นๆ

• ทาดาชิ ฮามาดะ (อังกฤษ: Tadashi Hamada) พี่ชายของฮีโร่ และเป็นผู้ประดิษฐ์เบย์แมกซ์
• ศาสตราจารย์โรเบิร์ต คัลลาแฮน (อังกฤษ: Professor Robert Callaghan) ศาสตราจารย์ที่สถาบันเทคโนโลยีซานฟรานโซเกียว
• แคส ฮามาดะ (อังกฤษ: Cass Hamada) ป้าของฮีโร่และทาดาชิ เป็นเจ้าของร้านกาแฟในซานฟรานโซเกียว
• อลิสแตร์ เคร (อังกฤษ: Alistair Krei) เจ้าของบริษัทเทคโนโลยียักษ์ใหญ่ และเป็นศิษย์เก่าของสถาบันเทคโนโลยีซานฟรานโซเกียว
• อาบิเกล คัลลาแฮน (อังกฤษ: Abigail Callaghan) ลูกสาวของศาสตราจารย์คัลลาแฮน
• ยามะ (อังกฤษ: Yama) นักแข่งขันหุ่นยนต์ที่ชนะได้เงินพนันจากการนำหุ่นยนต์มาต่อสู้หลายครั้ง แต่ได้มาพ่ายแพ้ให้กับหุ่นยนต์ของฮีโร่
• โมจิ (อังกฤษ: Mochi) แมวของบ้านฮามาดะ
• เจ้าหน้าที่เจอร์สัน (อังกฤษ: Sergeant Gerson) ตำรวจที่ประจำอยู่ที่สถานีตำรวจในเมืองซานฟรานโซเกียว หลังจากที่ฮีโร่และเบย์แม็กซ์ถูกโจมตีโดยชายสวมหน้ากากคาบูกิแล้วหนีมาได้ ก็ได้มาแจ้งความกับเจ้าหน้าที่เจอร์สัน เจ้าหน้าที่เจอร์สันใช้ชื่อเดียวกับผู้ให้เสียงพากย์คือแดเนียล เจอร์สัน ซึ่งเป็นผู้เขียนบทคนหนึ่งของภาพยนตร์บิ๊กฮีโร่ 6
• พ่อของเฟรด (อังกฤษ: Fred's father) อดีตซูเปอร์ฮีโร่ ตัวละครมีต้นแบบมาจากสแตน ลี และให้เสียงพากย์โดยตัวสแตน ลี เอง