演员檀健次在《猎罪图鉴》中饰演沈翊，一名拥有神秘背景的青年画家。他曾是美术学院的教师，但一段过去的经历让他辞去职位，带着秘密加入了海城公安局。沈翊的画作曾经意外揭露了刑警雷一斐的卧底身份，导致其被杀，这让沈翊背负了沉重的罪恶感。为了寻找真相，他接受了公安局张局长的邀请，成为了警队的画像师，希望借此赎罪。
演员张柏嘉扮演何溶月，她是北江分局刑警队的一名女法医。何溶月性格正直、果敢，具有非常高超的专业技能。她在工作中总能发现那些不易察觉的线索，为解决许多棘手的案件提供了关键帮助。她对人体解剖学有深入的了解，为案件侦破做出了巨大贡献。何溶月对沈翊抱有敬意，并在日常工作中不时关注他。
金世佳在剧中出演杜城，北江分局的刑警队长。杜城是个不折不扣的工作狂，他为了办案可以不顾一切，对传统警察工作方法有着坚定的信念。他对沈翊的加入持怀疑态度，因为沈翊的过去与雷一斐的死有关。虽然在张局长的劝说下，他接受了与沈翊成为同事的安排，但他仍然心存疑虑，对沈翊的“画像破案”技巧不屑一顾。
朱嘉琦饰演的蒋峰是北江分局刑警队的成员，也是杜城的忠实部下。蒋峰直言不讳，虽然偶尔会因失言而引起误会，但他心地善良，深受杜城的信任。他对同事李晗有好感，但李晗仅将他视为普通同事。
秦海璐在剧中扮演张局长，北江分局警察局的负责人。张局长和蔼可亲，既有警察的责任感，也有领导的魅力和威严。她将沈翊调入局中，希望借助他的绘画才能帮助警方解决案件。
房子斌扮演的闫谈声是北江分局刑警队的老警察，总是手持保温杯泡着枸杞。闫谈声专业素养极高，经验丰富，对待工作认真严谨，充满正义感和正能量。他乐于帮助新人，当年也曾是沈翊的预审官。当沈翊再次出现在警局时，通过茶杯认出了闫谈声是七年前的那位预审。
这部剧通过这些角色的互动和冲突，展现了警察在解决案件过程中的挑战和成长，以及他们如何面对内心的痛苦和罪恶感。
