Haruhi Suzumiya
Haruhi Suzumiya est une fille en première année de lycée. Elle est également l'héroïne de la série. Elle est décrite par ses camarades de classe comme excentrique, belle et explosive. Elle est très sportive, et on mentionne ses notes comme « meilleures que les autres ». Sa vie sociale est par contre inexistante, elle rejette tout papotage et est vue par ses camarades de classe comme une folle. Elle est uniquement intéressée par les extraterrestres, les gens dotés de pouvoirs surnaturels, les voyageurs du temps et les voyageurs interdimensionnels, et n'a aucun intérêt pour les humains normaux.

Kyon
Kyon est l'un des compagnons masculins d'Haruhi. Il est décrit comme cynique et sarcastique, et est aussi la seule voix de raison de leur relation dynamique. Il est également le seul humain normal dans la Brigade SOS.
Kyon n'est pas son vrai nom ; sa grand-mère lui a donné ce petit nom, et sa sœur a participé au fait que ses camarades d'école l'appellent ainsi. Son vrai nom reste inconnu.
Bien que le titre de la série incite à penser que Haruhi Suzumiya en est le personnage principal, l'histoire est racontée du point de vue de Kyon, qui en est le narrateur.

Mikuru Asahina
Mikuru Asahina est une élève en seconde année de lycée, ancienne membre du club de calligraphie Haruhi l'enrôla de force au sein de la Brigade SOS dont elle devînt très vite la mascotte a cause ses airs "loli" et de sa grosse poitrine. 
Naïve et excessivement timide elle a un caractère encore très enfantin malgré son âge. 
Malgré les apparences Mikuru est une humaine envoyée dans le passé par la société humaine future pour trouver ce qui leur empêche de remonter le temps plus loin qu'a l'époque ou celle-ci a été envoyée, il s'agît d'une faille dans le continuum espace-temps mais elle doit en trouver la cause.

Yuki Nagato
Yuki Nagato était à l'origine la seule membre restante du club de littérature, mais devint ensuite membre de la Brigade SOS lorsque Haruhi prit de force la salle utilisée par le club.
Yuki n'est en fait pas humaine, mais est une « interface humanoïde », envoyée par un groupe d'entité psychique de données pour enquêter sur la cause de « l'explosion de l'information » d'il y a 3 ans, événement qui a de loin dépassé tout ce qu'ils ont pu observer jusqu'ici.
Elle possède un flegme à toute épreuve, et ne semble pas être liée à quoi que ce soit.
 

 Itsuki Koizumi
Itsuki Koizumi est un mystérieux étudiant qui arrive en cour d'année a l'école de Haruhi. Il possède des pouvoirs paranormaux (c'est donc un « esper » : Extra-Sensory Perception usER).
Un membre de l'organisation secrète connu sous le nom de « L'Organisation » composée d'humains ayant gagné des pouvoirs trois ans auparavant, tente de protéger activement l'humanité en combattant les shinjin.