ジム・フェルプス
ジム・フェルプス James Phelps
（ピーター・グレイヴス／声：若山弦蔵 追加収録部分のみ麦人）
IMFリーダー。自ら選抜した仲間たちを指揮して、本部からの極秘指令を遂行する。シーズン２より登場。
ピーター・グレイヴス Peter Graves
1926年3月18日ミネソタ州ミネアポリス生まれ。16才でラジオアナウンサーとなり、従軍後、大学へ進学俳優の道を進む。本作でゴールデングローブ賞を受賞。『フライング・ハイ』など映画も多数出演。2010年3月14日逝去。
ダン・ブリッグス
ダン・ブリッグス Dan Briggs
（スティーヴン・ヒル／声：若山弦蔵）
冷静沈着なIMF初代リーダー。（シーズン１）
スティーヴン・ヒル Steven Hill
1922年2月24日ワシントン州シアトル生まれ。TV「スパイ大作戦」で初代リーダー、ブリッグス役を演じるが１シーズンのみで降板。その後、TV 「LAW & ORDER」でレギュラーキャラクターの一人アダム・シフ役を1990年から2000年までの長きにわたり演じきった。
シナモン・カーター
シナモン・カーター Cinnamon Carter
（バーバラ・ベイン／声：山東昭子 追加収録部分のみ弥生和子）
元モデル。その美貌で敵を虜にする。（シーズン１～３）
バーバラ・ベイン Barbara Bain
1931年9月13日イリノイ州シカゴ生まれ。1957年に俳優のマーティン・ランドーと結婚、二女をもうけるが1993年に離婚。本作のシナモン役でランドーと共演し、1967,68,69年と3年連続でエミー賞主演女優賞受賞という快挙を成し遂げるも、ランドーと共に3シーズンで降板。その後TV「スペース１９９９」でもランドーと共演した。
ローラン・ハンド
ローラン・ハンド Rollin Hand
（マーティン・ランドー／声：納谷悟朗）
変装と手品の名人。シーズン１ではゲストキャラクター扱いだが、実際にはほぼ全てのエピソードに登場している。（シーズン１～３）
マーティン・ランドー Martin Landau
1928年6月20日ニューヨーク州ブルックリン生まれ。本作で1968年ゴールデングローブ男優賞を受賞。TV「スペース１９９９」で主演の後、映画「エド・ウッド」ではアカデミー助演男優賞やゴールデングローブ助演男優賞など各賞を総なめにした。またTV「WITHOUT A TRACE／FBI 失踪者を追え！」では主人公の父親役でゲスト出演、エミー賞にもノミネートされている。元妻バーバラ･ベインとの間の娘スーザン・B・ランドーは映画「クール・ランニング」などのプロデューサーに、ジュリエット・ランドーは女優として映画「エド・ウッド」ではマーティンと親子共演を果たした。
バーニー・コリアー
バーニー・コリアー Barney Collier
（グレッグ・モリス／声：田中信夫 追加収録部分のみ丸山壮史）
電子工学の天才。コンピューターに精通している。
グレッグ・モリス Greg Morris
1933年9月27日オハイオ州クリーブランド生まれ。TV「ルーツ２」などに出演。本作の続編「新スパイ大作戦」には、実の息子フィル・モリスが、グレッグが本作で演じたバーニーの息子グラント役としてレギュラー出演。グレッグもゲスト出演して親子共演を果たした。1996年8月27日逝去。
ウイリー・アーミテージ
ウイリー・アーミテージ Willy Armitage
（ピーター・ルーパス／声：小林修 追加収録部分のみ高瀬右光）
元重量挙げ選手。怪力を誇る。
ピーター・ルーパス Peter Lupus
1932年6月17日インディアナ州インディアナポリス生まれ。IMFメンバーの中で「スパイ大作戦」全7シーズンに出演し続けたのは、ピーター・ルーパスとグレッグ・モリスのみ。
パリス
パリス Paris
（レナード・ニモイ／声：納谷悟朗）
変装のプロ。シーズン4より新たに加わるメンバー。通称「奇術師パリス」。（シーズン４～５）
レナード・ニモイ Leonard Nimoy
1931年3月26日アメリカ・ボストン生まれ。「宇宙大作戦／スタートレック」のスポック役でおなじみ。劇場版『スター・トレック３／ミスター・スポックを探せ！』で監督デビューを果たし、『スリーメン＆ベビー』などでもヒットを飛ばした。 「FRINGE／フリンジ」にも出演。
リサ・ケイシー
リサ・ケイシー Lisa Casey
（リンダ・デイ・ジョージ／声：鈴木 弘子）
変装のエキスパート。その美貌で敵を虜にする役目も。今シーズンではヨーロッパでの任務のため参加できなかった作戦も多い。
リンダ・デイ・ジョージ Lynda Day George
1944年12月11日テキサス州サンマーコス生まれ。映画「チザム」TV「ルーツ」などに出演。本作の続編「新スパイ大作戦」にもゲスト出演。今シーズンでは産休のため半分近くのエピソードに出演しなかった。
ミミ・デーヴィス
ミミ・デーヴィス Mimi Davis
（バーバラ・アンダーソン／声：此島 愛子 追加収録部分のみ小林美奈）
今回お送りするシーズン７から登場する新キャラクター。元恋人への復讐のためにIMFに協力したという変わり種。その後もケイシーがヨーロッパでの任務のため留守にする際には、IMFメンバーとして活躍した。
バーバラ・アンダーソン Barbara Anderson
1945年11月27日ニューヨーク州ブルックリン生まれ。TV「鬼警部アイアンサイド」などに出演。本作では、シーズン７においてリンダ・デイ・ジョージが産休を取ったエピソードのうちの7本に出演した。
謎の声
謎の声 Person on Tape
（ボブ・ジョンソン／声：大平透）
IMFのリーダーに指令を伝える。テープに残された音声のみの登場で、その正体は誰にも分からない。
ボブ・ジョンソン Bob Johnson
1920年5月4日オレゴン州ポートランド生まれ。声だけの出演ながら、グレッグ・モリス、ピーター・ルーパス同様に全7シーズンに関わった功労者。続編の「新スパイ大作戦」にも同じ役で出演。1993年12月31日逝去。