personajes principales:

Marinette Dupain-Cheng / Ladybug: es una joven de personalidad alegre, altruista, y también algo torpe e insegura, que sueña con convertirse en diseñadora. Está enamorada de Adrien, aunque es incapaz de decírselo directamente. Cuando se transforma en Ladybug pasa a ser una chica decidida y responsable. Armada con un yo-yo mágico y con un traje inspirado en la mariquita, su habilidad especial se llama Lucky Charm y permite crear un objeto para derrotar a los villanos, generalmente inútil a primera vista. Al tener el prodigio de la creación, es la única que puede capturar akumas, liberarlos del mal y devolver la normalidad.​

Adrien Agreste / Chat Noir (Cat Noir en español): es el compañero de clase de Marinette y un conocido modelo en la firma de ropa de su padre, el multimillonario Gabriel Agreste. En su día a día es alguien amable y humilde, a quien le gustaría llevar una vida normal pese al control ejercido por sus tutores. Cuando se transforma en Chat Noir su personalidad también cambia, pasando a ser un superhéroe confiado y narcisista que está enamorado de Ladybug. Su poder especial, Cataclysm, destruye cualquier objeto que toque. Está armado con una vara de metal que cambia de tamaño.​

Kwamis: son los seres mitológicos que ayudan a los protagonistas a transformarse en superhéroes, asociados a unas joyas mágicas llamadas «prodigios». Los más poderosos son Tikki (Ladybug), una mariquita que simboliza la creación y la felicidad; y Plagg (Chat Noir), un gato sarcástico y perezoso que representa la destrucción. La primera refuerza la conciencia de Marinette, mientras que el segundo le hace menos responsable. Por otro lado, Le Papillon posee el prodigio de la mariposa, Nooroo, un símbolo de la generosidad que él está usando para hacer el mal. Con el paso de las temporadas el elenco va creciendo.​

Le Papillon (Hawk Moth en Latinoamérica, Lepidóptero en España): el antagonista de la serie, un misterioso personaje que utiliza su prodigio para crear supervillanos con sus akumas (palabra japonesa para «demonio»), unas mariposas modificadas que corrompen a la gente a través de sus sentimientos negativos.​ El superpoder de cada víctima está relacionado con su personalidad, y durante la posesión son siervos al servicio del Papillon. En el primer episodio de la segunda temporada se desvela su identidad real.

Alya Césaire: la mejor amiga de Marinette, una persona sincera y apasionada por la tecnología. Es una gran admiradora de Ladybug, aunque ella tampoco conoce su identidad real; desde la primera aparición se ha dedicado a narrar sus andanzas a través de un blog personal.

Chloé Bourgeois: la hija del alcalde de París es también una de las mayores rivales de Marinette. Se trata de una chica engreída, cruel y snob, así como una de las pocas amigas de infancia de Adrien.

Nino Lahiffe: el mejor amigo de Adrien desde que éste va al instituto, es un joven divertido y compasivo que sueña con convertirse en DJ.

Maestro Fu: considerado el último guardián de los prodigios, es un monje anciano que vive en París ocultando su verdadera identidad. Hace un siglo y medio se le encomendó la misión de proteger las joyas mágicas, pero cometió un error que provocó la destrucción del templo donde se custodiaban y la pérdida de dos prodigios: el pavo real y la mariposa, ambos en manos de Le Papillon. Se trata de la persona que otorga sus poderes a Marinette y Adrien, después de comprobar que ambos se preocupan del bienestar de quienes les rodean.