Echo
Personnage central, c'est une "poupée" ("doll") qui commence, malgré ses lavages de cerveau, à prendre conscience de ce qu'elle est. Autrefois, son prénom était Caroline...
Boyd Langton
Ancien policier, il est employé par la Dollhouse pour garantir la sécurité d’Echo lors de ses missions. Il s’en veut d’avoir accepter ce travail, mais il donnerait sa vie pour protéger Echo.
Topher Brink
Programmeur de génie détaché de la notion de moralité, il est responsable de l’imprégnation des Dolls et doit s'assurer qu’elles ne prennent pas conscience de leur état. Il est fasciné par la science et adore contourner les protocoles. Topher n'est pas l'inventeur de cette nouvelle technologie, mais fait partie de ceux qui l'améliorent pour le challenge.
Paul Ballard
Agent de terrain du FBI qui chasse le mythe urbain de la Dollhouse depuis assez longtemps pour avoir perdu toute chance de promotion. Il est devenu obsédé par Caroline, l’une des filles qu'il croit membre de cette Dollhouse.
Sierra
Une Doll, tout comme Echo. Elle n’est pas consciente de son état, mais se sent naturellement proche d’elle.
Victor
Une Doll qui prend souvent l'identité d'Anton Lubov, un membre de la mafia. Il se sent, quant à lui, naturellement proche de Sierra.
Adelle DeWitt
Belle, sophistiquée et froide comme la glace, elle dirige la Dollhouse avec une efficacité à la fois impitoyable et protectrice. Elle préférerait mourir plutôt que de dévoiler à qui que ce soit sa solitude.