Hoofdpersonen:
* Bliksem McQueen: Een eigenwijze, rode raceauto die tijdens de serie nederigheid en vriendschap leert.
* Mater: Een roestige, goedaardige sleepwagen die Lightning's beste vriend is. Hij staat bekend om zijn hilarische tegenslagen en zijn zuidelijke accent.
* Sally Carrera: Een slanke, blauwe Porsche die eigenaar is van een café in Radiator Springs en Lightning's liefdesbelang is.
* Dokter Hudson: Een wijze en gerespecteerde oude Hudson Hornet die een voormalig kampioenracer is. Hij begeleidt Lightning en wordt een vaderfiguur voor hem.
Andere belangrijke karakters:
* Ramone: Een coole, paarse customizer die Lightning een nieuwe verfbeurt geeft.
* Luigi: Een nerveuze bandenverkoper met een Italiaans accent die bevriend is met Guido.
* Guido: Een hardwerkende vorkheftruck met een Italiaans accent die Luigi helpt in de bandenwinkel.
* Sheriff: Een strenge, blauwe pick-up die de vrede bewaart in Radiator Springs.
* Flo: Een brutale, roze sleepwagen die het tankstation runt.
* Vul meer: Een hippie-achtige Volkswagen-bus die een natuurlijk tankstation runt.
* Sergeant: Een jeep uit de Tweede Wereldoorlog die eigenaar is van een winkel voor militaire overtollige goederen.
* Mac: Een grote, blauwe vrachtwagen met oplegger die de transporteur van Lightning is.
Antagonisten:
* Chick Hicks: Een cynische, gele racer die de rivaal van Lightning is.
* De Koning: Een legendarische racer die aanvankelijk vijandig staat tegenover Lightning, maar uiteindelijk een vriend wordt.
* Professor Z: Een gemene, zombified auto die de wereld wil overnemen in *Cars 2*.
Nieuwe personages in "Cars 3":
* Jackson Storm: Een gestroomlijnde raceauto van de volgende generatie die de nieuwe rivaal van Lightning is.
* Cruz Ramirez: Een getalenteerde, jonge raceauto die Lightning's trainer wordt.
Deze lijst is niet uitputtend, aangezien er veel andere ondersteunende en terugkerende personages zijn in het Cars-universum.