人物名・表記順は公式サイトの「キャラ紹介」に従う[13][14]。
研究生（第77期）
本宮凪沙（もとみや なぎさ）/14代目前田敦子（まえだ あつこ）/あっちゃん
声 - 岩田華怜（AKB48）[15]主人公。77期研究生。星暦35年1月24日生まれ。13歳。出身星:藍花星(ランカスター)。身長156cm。父の反対を振り切って、幼馴染の織音や友歌と共にAKB0048になることを目指す。藍花星での研究生お披露目ライブでは、代々センターノヴァが歌った曲のソロに抜擢されるが、自分のせいで父が監禁された事などでショックを受けて一時的に声が出せなくなる。このことで引退を考えたが、智恵理の不器用ながらも懸命な励ましや前田敦子の声によりステージを立つ事を決める。ライブを成功させ、一時的ではあるものの研究生たちによるセンターノヴァの輝きを起こした。選抜総選挙で順位をつけられることに悩むが、総選挙を経て襲名したいと強く願うようになる。アキバスター奪還のライブの中、アキバスターの人達に14代目 前田敦子に選ばれ、帰還後正式に襲名する。
園智恵理（その ちえり）
声 - 渡辺麻友（AKB48）[15]もう1人の主人公。77期研究生。星暦34年12月8日生まれ。13歳。出身星:射手座星(イテザスター)。身長161cm。幼少期に藍花星に来た際に凪沙たち3人と友達になり、AKBのゲリラライブに誘いアイドルを目指すきっかけを作る。実は大財閥ゾディアック・コーポレーションの令嬢で、父の会社がDES軍に武器を供給していることに負い目を感じている。人一倍AKB0048になることに真剣であるものの、人間関係に不器用で他の研究生にも厳しく当たるため、たびたび壁を作ってしまうが、働いていた工場で作っていたのが兵器と知って嘆いていた織音を宥めたり、渚のCHERRYの1番を歌った後に続く2番を凪沙に歌わせるなど、面倒見が良く思いやりのある一面を持つ。自分といつも一緒にいるキララが、凪沙のそばにいる時にだけ襲名の光が輝いていることに劣等感を抱いていたが、ストレスで声が出なくなってしまい引退しようとする凪沙に「AKB0048を卒業するなら私にちゃんと負けてから辞めて」と言って引き止めたり、渚のCHERRYの2番を凪沙に託すなど、凪沙のことを気にかけていた。DES軍によって拉致されリアルタイム中継されたAKB0048裁判で人気が上がり、グラビア撮影などソロ活動が多くなっている。裁判の影響や、アイガール食品の無許可CMによる、研究生唯一である総選挙速報順位第9位になるも、ゾディアック・コーポレーションの手回しがあることを知り、ツバサに「これは、わたしの力じゃない」と告げ、一旦は卒業を決意するが、最終結果は第6位（55万8623p）で卒業宣言をせず、より襲名を願うようになる。アキバスター占領で父親を説得に行くも再会の直前で父親が暗殺されたショックで一時落ち込むものの、センターノヴァへの思いを新たにする。アキバスター奪還のライブでDES軍をも包む心がセンターノヴァの輝きを放ち、帰還後は正式に（襲名していないものの）センターノヴァに選ばれた。
藍田織音（あいだ おりね）
声 - 仲谷明香（AKB48[注 2]）[15]77期研究生。星暦34年9月21日生まれ。13歳。出身星:藍花星（ランカスター）。身長153cm。凪沙や友歌とは幼馴染。親が亡くなり困窮したため、研究生に選抜されるまではゾディアック・コーポレーション系列の工場で働いていたが、そこではDES軍の兵器を開発していた。それを知らずに自分が兵器を造っていた事実に気付いた時はショックを受けていた。取材時、誰を襲名したいかと聞かれた時は指原莉乃と答えた（第1話でもそう宣言していたが、友歌からキャラじゃないと言われていた）。それにより、アンチに目をつけられ、自分に自信を持てなくなったこともあった。しかし、数々の困難を乗り切り、アイドルとして大きく成長していく。
一条友歌（いちじょう ゆうか）
声 - 佐藤亜美菜（AKB48）[15]77期研究生。星暦34年4月7日生まれ。14歳。出身星:藍花星（ランカスター）。身長147.5cm。凪沙や織音とは幼馴染。実家は定食屋で、母（声 - 慶長佑香）、父（声 - 御園行洋）、弟（声 -種田梨沙）、妹（声 - 大西沙織）がいる。幼馴染の護のことが好きだが、友歌がAKB0048を目指す件で仲違いしてしまう。藍花星での再会時に、護がAKB0048のファンになってWOTA藍花星支部に入隊していたことを知る。護から、AKB0048の友歌は好きだが元の友歌は好きではないと言われるが、護の本心から自分が好きだったことを知る。
東雲楚方（しののめ そなた）
声 - 矢神久美（SKE48）[15]77期研究生。星暦37年7月7日生まれ。10歳。出身星:沙原星（サハラスター）。身長143cm。彼方の妹。第2話から登場。年齢制限以下で1次審査に合格してないにもかかわらず、密航してまでオーディションを受けに来た。研究生の中では最年少で、身長は最小であるが、運動能力は高い。いつも元気がよく77期生のムードメーカー的存在。よくあだ名をつける。彼方のことを「お姉」と呼んでいる。
神崎鈴子（かんざき すずこ）
声 - 秦佐和子（SKE48）[15]77期研究生。星暦33年8月6日生まれ。14歳。出身星:欧州星（ユーロスター）。楚方に「リンダ」というニックネームを付けられる。将来はツバサのような運営側になりたいと思っている。AKB48、AKB0048のことに詳しい。第2話の出会い以降、同期の楚方推しである。
横溝真琴（よこみぞ まこと）
声 - 三田麻央（NMB48）[15]77期研究生。星暦31年6月30日生まれ。16歳。出身星:奈仁波星（ナニワスター）。身長155cm。第2話から登場。やや関西なまりが入っている(演じる三田麻央は大阪府出身)。よく不安をぶつぶつと言うので、楚方に「ブツゾウ」というニックネーム（第18話では「ダイブツ」と改名）を付けられる。当初は弱気な面が目立ったが、第18話のDGTO軍の軍事要塞ベガスターで、彼女のファンであり、同じ奈仁波星出身であったDGTO軍の兵士ヒガシノとの交流で、次第に自信と勇気を強く持つようになり、キララの輝きを放つなど成長していく。
研究生（第75期）

第4話から登場。脱落者が多く2人しか残っていない上、2年経っても襲名メンバーを輩出できないでいることから「不運の期」と呼ばれている。
東雲彼方（しののめ かなた）
声 - 石田晴香（AKB48）[15]星暦32年10月17日生まれ。15歳。出身星:沙原星（サハラスター）。身長157cm。研究生のキャプテンポジション。楚方の姉。芸能弾圧に立ち向かう組織のメンバーゆえにDES軍に殺された父親の復讐のため、AKB0048に入った。それでもAKB0048のことは好きで、たかみなを尊敬している。たかみなに対する強い憧れを持ち、目標としたゆえに、自分もたかみなの様にメンバーを支える存在になりたいと行動し、一度は襲名キララに高橋みなみとして選ばれる（5代目たかみなが在籍している以上、保留扱いとなり本人も知らないまま）。『ハート型オペレーション』では主人公として登場。
岸田美森（きしだ みもり）/8代目 篠田麻里子 / まりこ様
声 - 佐藤すみれ（AKB48）[15]星暦31年1月2日生まれ。17歳。出身星は舞網星（マイアミスター）。身長162cm。自称ドMで、「フェロモン垂れ流しすぎ」と言われている。面倒見のいい性格で、襲名後も研究生のメンバーと行動をともにしている。自分のファン一人一人のことをよく覚えており、選抜総選挙速報順位では圏外であったが、このファンとの強い繋がりが幸いしてか、最終的に選抜総選挙第10位（14万8945p）に選ばれた。総選挙後のライブ後に倒れて襲名熱を発症した後、8代目篠田麻里子（まりこ様）を襲名する。襲名後は髪を短くし、後ろ髪をポニーテールにまとめている。それ以降はメンバーからは「まりこ」と呼ばれているが、楚方のみ「みもまり」と呼んでいる。
研究生（第76期）
鰐淵恵（わにぶち めぐみ）
声 - 木下百花（NMB48）76期研究生。通称めぐ。力が高く、アンダーに選ばれるほどのレベルを持つ。しかし、ランカスターでのライブ前に銃撃により負傷し、ライブに出ることができなくなる。
白井瑞穂（しらい みずほ）
声 - 高森奈津美76期研究生。
市岡姫子（いちおか ひめこ）
声 - 石原夏織76期研究生。頭に載せたレモンが特徴。
柳川葉月（やなぎかわ はづき）
声 - 竹内美宥（AKB48）76期研究生。アンダーに選ばれずに泣いてしまう。
堂島宇美（どうじま うみ）
76期研究生。
志良堂晶（しらどう あきら）
76期研究生。
蓮見李英[注 3]（はすみ りえ）
76期研究生。
襲名メンバー（在籍）
9代目 大島優子（おおしま ゆうこ） / ゆうこ（優子）
声 - 神田朱未本名：君島光（きみしま ひかる）。星暦0029年12月12日生まれ。18歳。出身星：日光星（ニッコウスター）身長155cm。・カメラが趣味でよく撮っている。あっちゃんに憧れセンターノヴァを復活させたいと思っている。総選挙中間順位では第2位となったが、それでも悔しがっていた。ゾディアックによるアキバスター襲撃の際に時空のゲートが開き、現実世界から消えた。しかし、あっちゃんと同じ場所へは辿り着いてはおらず、あっちゃんに今の世界を照らしてほしいといわれ現実の世界に戻ってくる。元第72期研究生で、当時の総選挙結果は圏外だったが、その後すぐに襲名している。選抜総選挙速報順位2位。総選挙結果1位（132万6745p）。
6代目 柏木由紀（かしわぎ ゆき） / ゆきりん
声 - 堀江由衣本名：黒木綾子（くろき あやこ）。星暦0029年2月27日生まれ。19歳。出身星：佐津間星（サツマスター）[16]。身長163cm。大のアイドル好きで、「一生アイドル」を目指している。人見知りでマイペースな性格だがファンのためには努力は惜しまない。艦長代理も務め、医療も担当する。選抜総選挙速報順位6位、総選挙結果4位（63万5997p）。
3型目 渡辺麻友（わたなべ まゆ） / まゆゆ
声 - 田村ゆかり本名：渡辺麻友＝android MAYUYU code-CG-3（わたなべまゆ＝アンドロイド MAYUYU コードCG-3）。生年月日:不明。年齢:不明。出身地：秋葉星（アキバスター）[17]。メンバー中で唯一、「○型目」と襲名されている。右腕にグレネードランチャーを内蔵しているなど明らかに普通の人間ではなく、出身地以外は不明である。使用するグレネードはスカートの中に吊られている。選抜総選挙速報順位4位、総選挙結果5位（62万3840p）。『AKBぜろぜろ女学園』『EPISODE0』『ハート型オペレーション』でも同一人物が登場する。
8代目 小嶋陽菜（こじま はるな）/ こじはる
声 - 能登麻美子本名：桜木千春（さくらぎ ちはる）。2月2日生まれ。20歳。出身星：ウラワスター[18]。身長163cm。マイクサーベルではなくハート型のステッキを使っている。