Lasseter tenía considerado a Tom Hanks desde un inicio para que interpretara a Woody al expresar que «[... él] tiene la capacidad para adoptar sensaciones y volverlas conmovedoras. Incluso si el personaje, como en el caso de A League of Their Own, se halla en las situaciones más adversas y despreciables». A su vez, el actor aceptó la propuesta cuando le mostraron una secuencia de la película con su voz superpuesta a partir de su interpretación en Turner and Hooch. Si bien Billy Crystal era la opción inicial para Buzz, este rechazó participar en la producción, aunque luego Pixar le ofreció participar en Monsters, Inc. Ante esto, Katzenberg le ofreció el rol a Tim Allen, que en ese entonces grababa la serie Home Improvement, de Disney. Se trató de la primera ocasión en que Hanks y Allen interpretaron a un personaje animado en sus respectivas trayectorias cinematográficas.
- Tom Hanks como el Sheriff Woody: un muñeco vaquero del que se tira una cuerda para que hable y que es el juguete favorito de Andy. Los otros juguetes lo consideran su líder y es el protagonista de la película. En cuanto al doblaje en español,Óscar Barberán en España.
- Tim Allen como Buzz Lightyear: una figura de acción que emula a un astronauta que recorre el espacio exterior en búsqueda de aventuras. Es el nuevo juguete que recibe Andy, y al conocer a los demás juguetes empieza a adquirir popularidad. Esto le lleva a rivalizar con Woody. José Luis Gil para España.
- Don Rickles como Sr. Patata: un juguete cínico, basado en el conocido juguete Mr. Potato Head. Es propenso a los accidentes debido a sus piezas desmontables. Refiriéndose al doblaje, se contrató a Miguel Ángel Jenner para España.
- Jim Varney como el perro Slinky: uno de los amigos más cercanos de Woody. Los doblajes para Hispanoamérica y España fueron realizados por Carlos del Campo y Ricky Coello.
- Wallace Shawn como Rex: un tiranosaurio de plástico inseguro de su apariencia física, ya que siempre quiere lucir aterrador. El doblaje lo realizaron Jesús Barrero y Pep Sais para Hispanoamérica y España.
- John Ratzenberger como Hamm: una hucha o alcancía en forma de cerdo, amigo de Woody. El doblaje del personaje fue hecho por Arturo Mercado para Hispanoamérica y por Claudio García para España.
- Annie Potts como Bo Peep: una pastorcita de porcelana, quien se preocupa mucho por Woody.
- John Morris como Andy Davis: un niño de nueve años de edad que es el propietario de Woody, Buzz y los demás juguetes que hay en su habitación. Doblado por Raúl Castellanos y Nacho Aldeguer para Hispanoamérica y España respectivamente.
- Erik Von Detten como Sid Phillips: el vecino psicópata de Andy que tortura a los juguetes por diversión. Actúa como el antagonista de la historia. Enzo Fortuny prestó su voz para la versión de Hispanoamérica y David Jenner para España.
- R. Lee Ermey como el sargento: el jefe de la armada de soldados de plástico de Andy y un modelo de disciplina y precisión militar. Para el doblaje hispanoamericano, Raúl de la Fuente prestó su voz, y para el español, Luis Marco.
- Laurie Metcalf como la Sra. Davis: la madre de Andy. Ruth Toscano y Rosa María Hernández fueron contratadas para el doblaje en español.
- Sarah Freeman como Hannah Phillips: la hermana menor de Sid. Karla Falcón Castrejón y Michelle Jenner realizaron los doblajes para Hispanoamérica y España, respectivamente.
