Có ít nhất 74 người trong tòa nhà vào thời điểm xảy ra hỏa hoạn. Tổng cộng có 36 người thiệt mạng, trong đó có ba người tử vong tại bệnh viện khi đang điều trị.[lower-alpha 1] Một số nạn nhân rất khó xác định danh tính vì theo cảnh sát Kyōto, họ bị bỏng rất nặng.[43] Kết quả khám nghiệm tử thi vào ngày 22 tháng 7 năm 2019 cho biết phần lớn nạn nhân đã không chịu nổi vết bỏng (thay vì ngộ độc cacbon monoxit) do đám cháy lan ra quá nhanh.[44][45] Các bác sĩ đã tiến hành xét nghiệm DNA nhằm nhận dạng thi thể các nạn nhân và quá trình này kéo dài đến một tuần sau vụ phóng hoả.[46] Có thông tin cho biết hai phần ba số nạn nhân (ít nhất 20 người) là phụ nữ, vì xưởng phim nổi tiếng nhờ thuê các nữ họa sĩ diễn hoạt.[47]

Chủ tịch của Kyōto Animation đã yêu cầu các phương tiện truyền thông thông qua cảnh sát không tiết lộ tên của các nạn nhân vì sự tôn trọng đối với gia đình của họ, ông cho rằng "công khai tên của họ không có gì gọi là phục vụ cho lợi ích cộng đồng."[48] Vào ngày 25 tháng 7, cảnh sát Kyōto cho biết họ đã xác định được tất cả 34 nạn nhân và đã bắt đầu trả lại thi thể của các nạn nhân cho thân nhân của họ. Họ đang thảo luận với Kyōto Animation về việc, khi nào và làm thế nào để tiết lộ danh tính của người quá cố.[49] Một số gia đình kể từ khi công bố kết quả của họ cho giới truyền thông liên quan đến tình trạng người thân của họ, gồm có gia đình nhà thiết kế Naomi Ishida đã xác nhận điều này vào ngày 24 tháng 7.[50] Vào ngày 26 tháng 7, gia đình của đạo diễn, họa sĩ hoạt hình, biên kịch Takemoto Yasuhiro xác nhận cái chết của anh thông qua xét nghiệm DNA.[51][52] Ngày 27 tháng 8, cảnh sát Tokyo công bố tên của 10 nạn đã được tiến hành tang lễ và nhận được sự đồng ý từ thân nhân của họ, qua đó xác nhận rằng cùng ngày hôm đó các đạo diễn hoạt hình là Yoshiji Kigami và Futoshi Nishiya đều đã qua đời.[53][54] Ngày 27 tháng 8, sau khi cân nhắc ảnh hưởng xã hội của vụ án, chính quyền quyết định tiết lộ chính thức tên của 25 nạn nhân còn lại, trong đó có một thành viên thuộc ban giám đốc là Ikeda Shōko.[55][56]

Theo báo cáo ban đầu có 36 người bị thương, con số này sau đó đã giảm xuống còn 34 sau khi hai người tử vong tại bệnh viện.[lower-alpha 2] 10 người bị thương ban đầu được báo cáo trong tình trạng nghiêm trọng, một người trong số đó phải bị cắt cụt chân.[63] Những người được báo cáo an toàn gồm đạo diễn Yamada Naoko, đạo diễn của K-On! và Dáng hình thanh âm.[lower-alpha 2] Theo Bộ Ngoại Giao Hàn Quốc, một trong số những nạn nhân bị thương là một phụ nữ người Hàn Quốc.[lower-alpha 2]

Ngày 7 tháng 9, có nguồn tin cho biết 7 phụ nữ vẫn đang được điều trị tại bệnh viện, trong đó có 3 người nằm trong tình trạng nguy kịch.[64] Tuy nhiên vào ngày 18 tháng 9 xuất hiện thông tin rằng cả 34 người bị thương trong vụ phóng hỏa không còn nằm trong diện nguy hiểm đến tính mạng, nhưng một số vẫn đang trong diện phục hồi chức năng (ICU) do bị bỏng nặng.[lower-alpha 2] Ngày 4 tháng 10 năm 2019, một người phụ nữ được thông báo đã qua đời vì bị sốc nhiễm trùng, nâng tổng số ca tử vong lên con số 36. Năm người còn lại vẫn đang phải điều trị bằng ICU.[lower-alpha 2]