《大唐狄公案》是由多位演员主演的古装悬疑电视剧，其中主要角色包括：
1. 狄仁杰（周一围饰演）：他是清廉刚正、不畏强权的一代名臣，执法严明和断案如神的神探。在任职昌平县令时，解决了许多悬疑案件，包括黄金奇案、漆画屏风奇案、朝云观奇案、铜钟奇案、红阁子奇案和迷宫奇案等。他不仅擅长破解奇案，还对武则天的统治持有不满态度，并在任职期间多次展现出他的智慧和勇气。
2. 曹安（王丽坤饰演）：她的父亲是曹仙鹤，被抄家后沦为歌姬，差点被玷污，幸亏被黑焰所救。她长相明艳，温婉柔美，最擅长弹奏并州小调。她聪慧果敢，有勇有谋，和狄仁杰之间有着复杂的感情纠葛。她的性格坚强而独立，在面对挑战和困境时，她从不畏惧。妩媚与英气兼具，作为狄公红颜知己、得力助手的她深谙人性。
3. 皇后（钟楚曦饰演）：她是大唐皇帝唐高宗李治的皇后。她有心机，有手段，有胸怀，那份作为皇后的担当和抱负，对于当下朝局的认识和见地，以及自己对于整体的谋划，不但让狄仁杰心生敬畏。从来不会让自己吃亏，狄仁杰前往偏远地区调查案件也是她安排的，她想将狄仁杰培养成自己的人。虽然武则天野心很大，但是她确实帮唐高宗处理了很多事情。
4. 魏无疾（张嘉益饰演）：他是唐朝大臣，弘文馆大学士，狄仁杰的恩师。他表面上是武则天的姓氏录的执行者，实则是武则天的反对者。为了诬陷武后，连陪伴自己十余年的门徒都能杀掉。他对狄仁杰一直有帮助，每次狄仁杰惹出祸端，都能帮助狄仁杰兜底。他对狄仁杰口口声声说“不愿意参与朝堂斗争，只想置身事外”，然而却是凤印案的幕后真凶。
5. 刁小官（张若昀饰演）：他是有侠义的侠士，桀骜不驯，没有大唐律法。他其实就像是“向导”一般，带着狄仁杰和马荣乔泰等人缉凶，在兰坊像是豺狼一般凶狠的“韩咏南”在大漠中被他形容为连老鼠都不如，狄仁杰想要以大唐律法对付罪恶，但是在他看来，所有人都是野兽，有的人无恶不作，有的任人宰割，而他却是一个猎手，他要猎杀的是那些无恶不作的恶狼。
6. 侯愈（李晨饰演）：他是狄仁杰的多年好友，但却为了一己私欲，为了能官复原职，犯下了滔天大案。他是武后革新路上的淘汰者，侯氏一门的忠烈，历经了三代为官为将的沉浮，早就不是朝堂上的核心成员了，当侯家到了他这一辈，偏偏遇上武后从后宫走向前朝，掌控朝政实行唯新，剥夺他的官职。朝中老臣不为他说话，这是他平时不与利益集团为伍有关系。
7. 洪亮（尤勇智饰演）：他是狄仁杰的管家，有勇有谋。他亦父亦仆，除了掌控狄仁杰的饮食起居，还帮助狄仁杰侦查破案。他虽是个仆人，但跟随狄仁杰父亲多年，现又陪着狄仁杰做了蓬莱县令，一直耳濡目染，早就成为破案高手了。他是追随狄仁杰父子两代的忠实下属，后被狄仁杰任命为参军，不幸的是，在“铁钉案”中，被楚大远杀害。
8. 乔泰（姬他饰演）：他曾是一名军中叛将的背叛受害者，后成为狄仁杰的心腹随从，担任护卫和保镖的职责，主要负责保护狄仁杰的生命安全。他不仅是狄仁杰的忠实助手，还擅长武功，并且负责打探消息和收集情报。相貌英俊，内心敏感，来历有些神秘的武林高手，和马荣在江湖道上就结拜为异姓兄弟，为保护狄公在广州案中牺牲。
9. 马荣（凌孜饰演）：她是狄仁杰的随从，机智而又调皮的假小子。在没跟随狄仁杰之前，就与乔泰联手欺骗了路人的财产，还频繁地进行欺诈和诱拐活动。在与狄仁杰共事多年的岁月中，她不仅对狄公的工作习惯了如指掌，更洞察其生活方式的细微之处，甚至包括狄仁杰处理家庭关系的独特智慧。
