Kaname Madoka: Nhân vật chính của bộ anime. Madoka là một nữ sinh bình thường, hoạt bát sôi nổi, ngoại hình đáng yêu, sống một cuộc đời bình lặng giữa gia đình và bạn bè thân yêu. Một ngày nọ cô mơ thấy một giấc mơ kỳ lạ và rồi sáng hôm sau, cô gặp một chú mèo ngoài hành tinh với khả năng ban điều ước cho bất kì ai với thỏa thuận trở thành Puella Magi để bảo vệ hành tinh khỏi những sinh vật được gọi là “phù thủy”. Kyubey đã nhìn thấy một tiềm năng ma thuật rất lớn ở Madoka nên đề nghị cô trở thành một Puella Magi. Madoka vốn vẫn luôn cảm thấy mình bất tài, vô dụng nên đã rất hứng thú và muốn lập khế ước với Kyubey. Tuy nhiên, trước khi trở thành Mahou Shoujo, Madoka cần ước một điều để Kyubey đáp ứng. Trong khi đang quyết định điều ước thì cái chết của Mami - một Mahou Shoujo đàn chị đã khiến cô sợ hãi việc trở thành Mahou Shoujo. Say này, cô đồng ý trở thành Mahou Shoujo. Bộ trang phục của Madoka khi trở thành một Puella Magi có màu hồng nhạt, rất phù hợp với mái tóc màu hồng của cô bé. Trong tập cuối của series, cô đã ước muốn trở thành một cô gái phép thuật, ước muốn của cô mạnh đến nỗi nó viết lại toàn bộ vũ trụ và nâng cô lên vị thế của một nữ thần. Trở thành nữ thần có nghĩa là cô mất hình thể và những người thân quên cô đã từng tồn tại, ngoại trừ người yêu Homura và em trai Tatsuya. Đáng tiếc ở kết phim, Homura kéo Madoka xuống trái đất và biến cô trở lại thành một cô gái bình thường. Năng lực: đảo điên quy tắc vũ trụ, xây dựng lại thế giới mới.
Akemi Homura: Một cô gái tóc đen xinh đẹp và bí ẩn chuyển tới lớp học của Madoka khi câu chuyện bắt đầu. Homura là cô gái đã xuất hiện trong giấc mơ của Madoka ở đầu phim. Cô dường như đã biết Madoka từ rất lâu và có một tình cảm đặc biệt với Madoka. Bản thân Homura cũng là một Mahou Shoujo dày dạn kinh nghiệm. Không hiểu sao, Homura luôn ra sức tìm cách ngăn Madoka trở thành Mahou Shoujo và cố giết Kyubey để nó không gặp được Madoka. Điều này được Mami lý giải là do cô ta không muốn các Mahou Shoujo mạnh mẽ như Madoka xuất hiện, sẽ cản trở việc giết phù thủy và săn Grief Seed của cô ta, mặc dù sự thật không phải vậy.
Miki Sayaka: Cô bạn thân thiết từ thuở nhỏ của Madoka. Sayaka là cô gái vui vẻ, mạnh mẽ và luôn trêu chọc Madoka. Sayaka gặp Kyubey cùng với Madoka và cũng muốn làm Mahou Shoujo. Kể cả khi chứng kiến cái chết thảm thương của Mami khi chiến đấu với phù thủy, Sayaka vẫn không thay đổi ý định và trở thành một Mahou Shoujo đi diệt trừ phù thủy. Sayaka thầm yêu cậu bạn thuở nhỏ tên là Kyosuke nên đã dành điều ước của mình để chữa khỏi đôi tay bại liệt cho cậu ta. Song tình cảm của cô không được Kyosuke đáp lại, cộng thêm việc biết sự thật về Soul Gem - nguồn gốc sức mạnh của các Mahou Shoujo khiến Sayaka vô cùng suy sụp và rơi vào trạng thái tuyệt vọng. Chính vì thế, Sayaka từ một Mahou Shoujo biến thành một phù thủy - điều khiến cho Madoka vô cùng bất ngờ vì Kyubey chưa hề nói chuyện này trước đây.
Tomoe Mami: Mahou Shoujo đàn chị, rất dày dạn kinh nghiệm trong cuộc chiến nhưng do bất cẩn nên đã chết khi chiến đấu với phù thủy Charlotte. Trong cuộc sống thường ngày, Mami giống như một tiểu thư với mái tóc xoăn vàng và sở thích ăn bánh ngọt, uống trà tao nhã. Mami sống một mình trong một căn hộ. Cả gia đình cô đã chết trong một vụ tai nạn xe hơi. Để sống sót qua vụ tai nạn, cô đã buộc phải trở thành một Mahou Shoujo, sử dụng điều ước cứu sống chính mình. Sau đó, do Mami bận rộn với việc săn phù thủy nên cô không có thời gian kết thân với bạn bè. Mặc dù luôn tỏ vẻ người lớn, cứng cỏi nhưng Mami luôn cảm thấy cô đơn. Mami thừa nhận rằng cô cũng rất sợ hãi khi phải chiến đấu một mình chứ không tự tin và mạnh mẽ như bề ngoài. Mami rất vui khi Madoka nói sẽ sát cánh cùng với cô. Song trong trận chiến ngay sau đó, Mami đã chết. Mami vốn không người thân, bạn bè nên sau đó khi cô không đến lớp cũng không ai để ý. Mãi về sau người ta mới phát hiện ra là cô đã biến mất. Cho dù Mami luôn nỗ lực, mạo hiểm chiến đấu để bảo vệ mọi người, vẫn chẳng một ai hay biết và quan tâm đến cô ngay cả khi cô chết.
Sakura Kyouko: Một Mahou Shoujo bí ẩn, có cá tính mạnh mẽ, thường xuất hiện kèm với thức ăn vặt. Không rõ cô sống ở đâu, có vẻ cô lang bạt khắp chỗ này đến chỗ khác, cha cô từng là mục sư giảng đạo nhưng không được người dân ủng hộ, Kyouko đã dùng điều ước của mình để giúp ông và gia đình cô tan vỡ cũng vì lý do đó. Ban đầu, Kyouko rất ghét Miki Sayaka vì lý do Sayaka trở thành Mahou Shoujo. Nhưng sau khi Sayaka bị sốc và suy sụp, Kyouko đã ở bên và hết mình động viên Sayaka. Cô có một tình cảm đặc biệt với Sayaka, sau này khi Sayaka trở thành phù thủy, Kyouko dùng mọi cách thức tỉnh Sayaka nhưng không thành công, cuối cùng cô đã tự sát để được đến bên Sayaka.
Kyubey: Là một loài vật ngoài hành tinh, còn được biết đến với tên "Incubator". Kyubey là "người" đi thực hiện lời hứa với các cô gái và biến họ thành Mahou Shoujo. Kyubey có thể được xem là nhân vật xấu, tuy nếu không có nó, các Mahou Shoujo đã không thể xuất hiện. Hành động của Kyubey có thể được xem là lừa các cô gái trở thành Mahou Shoujo với một điều ước để thu năng lượng. Kyubey là một loài vật lạnh lùng, sẵn sàng hy sinh các Mahou Shoujo chỉ để hoàn thành nhiệm vụ của mình. Kyubey chỉ được nhìn thấy bởi các Mahou Shoujo, hoặc người có khả năng trở thành Mahou Shoujo, nó có khả năng "ăn" Grief Seed và xem đó cũng là một nhiệm vụ. Kyubey có rất nhiều cơ thể và gần như không thể chết, bằng chứng là nó đã bị Akemi Homura giết nhiều lần. Kyubey rất thân thiết với Tomoe Mami.
Nhân vật phụ
Shizuki Hitomi: Một người bạn thân khác của Madoka và Sayaka. Cô có vẻ rất trang nhã và xinh đẹp, là mục tiêu của nhiều nam sinh trong trường. Cô cũng có tình cảm với Kyosuke và đã thổ lộ trước Sayaka, khiến Sayaka suy sụp, có thể xem cô là một nguyên nhân gián tiếp dẫn đến việc Sayaka trở thành phù thủy.
Saotome Kazuko: Cô giáo của Madoka và các bạn khác, là một người phụ nữ không hiểu sao liên tục bị từ chối chuyện tình cảm, đâm ra lập dị và thường giáo dục luôn cả chuyện tình cảm cho học sinh của mình. Cô cũng là bạn của mẹ Madoka.
Kaname Tatsuya: Em trai của Madoka, rất đáng yêu. Dường như rất quý chị gái của mình, bằng chứng là ở cuối phim, sau khi Madoka biến mất khỏi thế giới và cả trong tâm trí của mọi người trừ Akemi Homura, Tatsuya vẫn có ký ức, vẫn nhớ và có thể vẽ ra được Madoka.
Kaname Tomohisa: Bố của Madoka, là một người đàn ông nội trợ đảm đang và rất yêu gia đình của mình.
Kaname Junko: Mẹ của Madoka, rất yêu sắc đẹp, bà rất quan tâm tới mình và cả Madoka. Bà thường tư vấn tâm lý lẫn ngoại hình cho Madoka, rất yêu gia đình của mình. Là bạn của Saotome Kazuko - cô giáo của Madoka.
Kamijo Kyousuke: Là người bạn nam thuở nhỏ của Miki Sayaka, cũng là người Sayaka có tình cảm, là một tay violin tài ba. Vì một tai nạn, tay của cậu đã bị liệt không thể cử động được, Sayaka đã dùng điều ước của mình giúp cậu hồi phục đôi tay. Nhưng ngay khi hồi phục và đi học lại bình thường cậu đã chấp nhận tình cảm của Shizuki Hitomi khiến Sayaka suy sụp. Tuy vậy cậu cũng phần nào biết ơn Sayaka, sau khi kéo xong bản violin của mình ở cuối phim, cậu đã nhìn xuống khán đài và tìm kiếm Sayaka.
