Профессор Преображенский - выдающийся хирург экспериментор, работающий над проблемой омоложения путем пересадки половых желез, солидный, успешный человек пожилых лет. Жил в послереволюционной Москве, по адресу: Калабуховский дом, Пречистенка 24, в большой семикомнатной квартире. Имеет прислугу - Зину и Дарью. Так как, профессор является европейским светилом, то и гонорары, и клиенты у него соответствующие - бывшие дворяне и высокопоставленные лица из руководства. Профессор уверен в себе, имеет четкие жизненные принципы, не любит пролетариат и советсткую власть вообще. Он считает, что они бездельники и пустобрехи. Противник террора и заявляет, что ласка - единственные способ общения с живыми существами. Опасная для того времени позиция, но профессор имеет высокопоставленных пациентов, которые защищают его. Так попытка Швондера начать атаку на комнаты хирурга была в корне прервана Петром Алексеевичем. Надо отметить, что профессор любит вкусно и изысканно поесть, понимает толк в спиртных напитках. Он сторонник разделения труда. Когда работает - не думает об удовольствиях. Когда отдыхает - не думает о работе. Опыты с омоложением, привели профессора к мысли, провести смелый эксперимент - пересадить гипофиз и семенные железы собаке. Эксперимент удался. Правда личность покойника, использованного при опыте, оставляла желать лучшего. В результате собака превратилась в человека - пьяницу и дебошира Полиграфа Полиграфовича Шарикова. После долгих мучений, мытарств, потере нервов и дохода, профессор решает путем операции снова превратить человека в собаку. Он осознает свою ошибку и понимает, что природа - это храм, а не поле для экспериментов и что он зря вмешался в ее законы.

Иван Арнольдович Борменталь - молодой доктор, ассистент профессора Преображенского. Доктор-человек честный, принципиальный, а когда нужно проявляет твердость и даже жесткость характера.  Борменталь  был  всецело преданным своему учителю профессору Преображенскому, которого чуть ли не боготворил. Будучи бедным студентом, он был принят им на кафедру. Закончив учебу, Борменталь стал работать у профессора ассистентом. Для него это было  большой удачей. Работая бок о бок с ученым мирового уровня, он многому научился, и, кроме того, Борменталь неплохо зарабатывал. Профессор за один день зарабатывал больше чем рабочий в месяц, и часть дохода отходила его помощнику. После проведенной профессором операции они еще больше сблизились с Преображенским. Очень часто Борменталь оказывался поддержкой и защитой профессора перед  непредсказуемыми поступками Шарикова.

Шарик — самец, приблизительно 2-х лет от роду бездомный пес (порода- дворняжка), шерсть жидкая, кустами, окрас буроватый, с подпалинами, хвост цвета топленого молока. Родился у Преображенской заставы в Москве. Кличку получает в начале повести, причем его внешний облик никак ей не соответствует. Шарик отличается весьма высокой степенью информированности в человеческих делах и здравом смысле. В течение нескольких дней он живет в квартире профессора Преображенского, готовящегося к эксперименту. В дальнейшем тело Шарика служит «основой» для пересадки человеческих органов. Во время операции: персонаж трансформируется в Шарикова. Через несколько недель, после «обратной» операции, Шарик возникает в первоначальном виде – собачьем.  Он по-прежнему лежит в профессорском кабинете, наблюдая за Преображенским. О том, что с ним произошло, пес не помнит.

Чугункин — персонаж под этим именем в действии не участвует; половые железы и гипофиз Чугункина пересажены Преображенским Шарику, вследствие чего Чугункин фактически «воскрешается» в своем первоначальном облике — внешнем и внутреннем. Чугункин — тип, сочетающий признаки уголовника (три судимости за кражи) и артиста (профессия — игра на балалайке по трактирам). Причина смерти Чугункина — «удар ножом в сердце в пивной у Преображенской заставы»  

Шариков — «экспериментальное» существо, возникшее в результате «прививки» органов Чугункина к живому организму Шарика. Шариков  продолжает галерею образов «искусственных» людей, андроидов, возникающих вследствие «человекобожеских» усилий (Гомункул в
«Фаусте»  Гёте, Демон в романе  М. Шелли  «Франкенштейн» и др.); отмечены  параллели с образом Смердякова  («Братья  Карамазовы» Достоевского Шариков  проходит этапы «социализации» (одежда, бытовые привычки, приобщение к благам цивилизации, наконец, получение документов, поступление на службу и попытка обзавестись семьей), которые комично сочетаются с рецидивами «животного» начала: ненависть к котам, необузданный половой инстинкт и т. п.  Шариков  декларирует идеи «казарменного» социализма («взять все да поделить»). Грядущий хаос предвосхищается «потопом», который устраивает Шариков в профессорской квартире. Имя персонажа — Полиграф Полиграфович — выбрано им самим в календаре; день его «именин» — 4 марта — выступает как бы пределом существования Шарикова. Конфликт персонажа с его «создателем» неуклонно обостряется; в конце концов Шариков угрожает Преображенскому и Борменталю револьвером. После короткой схватки и насильственной «обратной» операции Шариков, фактически повторяя судьбу Чугункина (смерть «от ножа»), исчезает: к жизни возвращается пес Шарик.

Швондер — председатель домового комитета, организованного в доме, где живет Преображенский. Швондер - человек небольшого ума, кляузник, доносчик и подстрекатель. В начале повести он во главе всего Устава домкома является к профессору, занимающему квартиру из семи комнат, с целью «уплотнить» его; однако у Преображенского находятся высокие покровители, и акция Швондера терпит неудачу. С появлением Шарикова Швондер вначале пишет в газету письмо-донос, утверждая, что тот — незаконнорожденный сын Преображенского, а затем становится «идейным наставником» Шарикова, внушая ему, что он — полноправный член общества и должен настаивать на своих правах. Шариков следует совету, и это приводит его к конфликтам не только с Преображенским, но и с самим Швондером. Затем Швондер инспирирует написание Шариковым доноса на профессора. В финале он заявляет в милицию о том, что Преображенский с Борменталем якобы убили Шарикова.