キャラクター説明と出演年度は劇中のもの。
現在のメインキャラクター
宇宙で一番かっこいい星を作るため「イチバン星(いちばんぼし)」で暮らし始めた男の子。
緑色の上着、赤いモノクルとトーヤ（後述）を思わせる容姿をしている。
出身星は「クフーラ星」で、愛用しているスパナは父親からの贈り物。
コンペイトウの形をした宇宙船に乗ってイチバン星にやってきた不思議な女の子。好奇心旺盛。
アイデアをひらめいた時の台詞は「頭がグルグルピカッパカッ、いいことひらめいた～!」（ソーイがひらめきの瞬間を説明した際の表現に基づいたもの）。
ソーダン・カフェの店主。
ミスティータウンについてとても詳しい
住人からの信頼が厚く、困ってる人が集まってくる。｢ウソかホントはキミ次第ってわけだ｣
ミスティー大学の教授、噂話や都市伝説など、科学的根拠無い事は信じない。
ちょっぴり怖がり。｢フンッ、うわさはうわさ！デマ・ガセです。｣
惑星カネーコから来た宇宙人。
ミスティータウンを乗っ取るため、調査をしに来た。
普段はソーダン・カフェで働きを隠している。
｢ミ、ミラレタ!｣
2023年度までのメインキャラクター
マゴテン（声：古坂大魔王）
ソーイの両親によって造られたお手伝いロボット。正式名称は「MAGO-10」。
ウロッチョ（声：金子貴俊）
宇宙の配達員。「ジョナサン」と名付けたホバーボードを相棒にあちこちの星を飛び回っている。いつも真偽不明の話をするためソーイには呆れられている。
なんでも四角い「カックン星」に住む、内向的な芸術家。
大岩に襲われたトラウマから丸いものが苦手。タマロのひらめきで、気に入った氷をボール代わりにしたボウリングを行ったことで多少緩和された。
額にある凹みは、上記の大岩に襲われて転倒した際磁石によってついた痕らしい。
遊園地がある「ドレミ星」で暮らす、歌やダンスが得意なエンターテイナー。ドレミ星のアトラクションは彼の歌声が動力源ゆえ、疲弊の元になっていたがレコードを作ることで解決した。
中の人が中の人なので歌声は流石のクオリティである。
おてんとさん（声：いとうせいこう）
ソーイ達の冒険を空から見守る存在。任意で小型化しソーイ達と接触することも可能。
ビットキャッスルのエンブレムやロボコのメーターといった過去のアイテム、「君達は天才だ!」のフレーズにデジャヴを感じており、下記のビットワールドごと進化したセイコーの転生体である可能性がある。
普段の大きさは40m。本人曰くセーブしているらしく、本来はもっと巨大な様子。
2023年度では過去のビットワールドの映像が流れたり、上記の過去のフレーズを度々語るも、体調不良に陥るも、2023年度末の生放送で回復。空を割る最終作戦にて「キミたちは、天才だ！！」と、本作のキャッチフレーズを語り、ビットワールドの空を見事破る事に成功した。
DJセイコスター（声：いとうせいこう）
生放送になると現れるキャラクター。
ビットワールドの超人気ゲーム大会「ビットワールド ゲームフェスティバル」の開催者にしてMC。
2021年度までのメインキャラクター
セイコー（いとうせいこう）
ビットワールドのリーダーにして、前作から唯一続投を続けるメインキャスト。
そしてビットロボコーポレーションの工場長である。みんなのアイデアでこの世界を盛り上げようとがんばっている。
実は目がハートになるほどかわいいものが好き。
2020年度には高性能な液体コンピュータになり、2021年度には学校と一体化しメガ校の校長になった。
また、「好奇心を求める人格」を持つ人間の姿と、「調和を重んじる人格」を持つスピーカーの姿の二人に分離していた他、どちらか片方だけではビットワールドとリアルワールドの調和が乱れ崩壊する恐れがあるという事が判明する。
2021年度末の最後の生放送ではアイスクリームや文具が集まった様な外観の「進化の繭」に包まれ、スライムのエネルギーを投入する事で、最終的に前作の「ビット・バン」を彷彿とさせる大爆発と共にビットワールドごと新たな進化を遂げた。
タカティン-（タカチッタ･ティンバート）（金子貴俊）
ビットロボコーポレーションのロボメイト(営業担当)
ひそかに多趣味で、料理の腕もプロ並み。
誰にでも優しいお人よしな性格だが実はワルだった過去を持つ。
なお中の人は前作の2004年度でゲスト出演をしている。
アスミン-（ナカタロッサ･アスミン）（中田あすみ）
ビットロボコーポレーションのロボメイト(営業担当)
元・女海賊。
さっぱりした姉御肌だが気が強く、すぐジャークビームで攻撃する。
その一方で幽霊やおばけなどの怖いものが苦手。
マスーニョ-（マスーニョ･ンバッカリズムーチョ）（升野英知（バカリズム））
ビットロボコーポレーションのエンジニア。
宇宙船などの発明品をあっという間に作ってしまう天才的な能力の持ち主。
昔はサイコロのような箱型だったが年度を経て今の姿になった。
過去のメインキャラクター
【2007年度】
リオ（近内里緒）
セイコー、ケメコと共にビットワールドへやってきた。
正体はロボット「アール・テン」だが、本作では常人同様に生活しており本人も自覚が薄れている。
【2008年度】
トーヤ-(ハタコフスキー・トーヤ)（秦 透哉）
突如現れたクールな銀髪の少年。「リアルワールド」出身で「シャビ」を探している。リアルワールドではウイルスの影響で半年も生きられない「ビーボ」を助けるために、セイコー達に協力してもらい自分の探しているビーボを探しつつ、他のビーボの救出作業を行っている。リアルワールドとビットワールドを繋ぐ能力を持ち、これにより「ビーボ」をビットワールドへ連れ戻すことができる。
全くの余談だが、(当時のシリアスなストーリー展開も相まって)視聴者からの人気が高い。
2019年現在も「ビットワールド」でグーグル検索すると「ビットワールド トーヤ」と候補に出てくるくらいには高い。
2009年度：ビッコロでビーボ保護活動を手伝いながら、昨年度末に姿を消したシャビを探している。自分がいなくてもビーボの転送ができるようにビーボスカウターを作ったり、アスミンのジャークビーム指輪を改造してリアルワールドでも使えるようにしたりしている。アスミン曰く「最近生意気」。
服装は前年度からリニューアルし、シャビがかぶっていた帽子をいつも身につけるようになった。謎の男・Jとは知り合いだったようだが、本人は記憶がなく否定している。その後シャビをつれてきたときにJに連れ去られ、シャビとの合体ビーボにさせられてしまったが、ミオの涙のおかげで正気に戻った後合体が解けた。
2010年度：ビーボ達の事を思い、リアルワールドに戻る事になった。4月9日、16日の放送では、いつもの衣装に銀髪ではなく、リアルワールドの少年らしい服装に黒髪で登場した。
2012年度：11月9日の放送で、久々に登場。タカティンが夢映像をチェックしていた際、偶然彼の夢を見たことがきっかけで連絡を取り、セイコーたちと再会した。背も伸びており、このときは花屋でバイトをしていた。
シャビ（Xavi）
黒い色をしたビーボ。トーヤは飼い主にして生みの親。トーヤのモノクルに似た、赤いモノクルを着けている。服のようなものを着ているが、人よりは猫に近い外見である。
体を透明にすることにより、姿を消す能力を持つ。姿を消している間は、白い影が地面を通るようにしか見えない。
四つに分かれる長い尻尾を持ち、ビーボを凶暴化させる能力をもつ。凶暴化したビーボをゾンビーボと呼ぶ。
トーヤ達の尽力の末正気に戻り奪還された。
ミオ（宮武美桜）
リアルワールドに住む、ブログを書いている女の子。物腰は柔らかいが、芯は強い。
ミオのいる時代は、現代から1年前。「ちくわのはちみつ漬け」を盗んだビーボを捕らえ、ビーボに「わさび」と名をつけて飼っている。趣味は絵を描くこと。2009年度から2010年度のヒロインを務めていた。出番の回数では準レギュラー。
2009年度：わさびと共にビッコロでビーボ保護活動を手伝っている。後半では、ビーボを助ける涙を持っている。
2010年度：時空のゆがみの原因だった。しかし、モジャビーといれば、何も起こらないようになる。その後は、カイの研究を手伝うため、わさびやモジャビーたちと共に未来へと旅立っていった。
【2011年度】
ヒロキ （寺坂尚呂己）
マスーニョがアスミンに探してほしいと頼んでいた、リアルワールドの少年。勉強も運動も苦手で性格も頼りないが、人を思いやる気持ちは本物。
他人の夢を自分の夢として見る力を持つ。
2012年度：ドリームダンジョンの事件解決後、自分の能力で人助けがしたいと言い夢探偵となる。後述のカオのアドバイスによりコピー能力を持つミーム「バロン」のパートナーとなった。
2013年度：4月6日放送分にて卒業。カオと共に、前年度末の生放送で破壊された夢世界の修復作業に専念するようになる。
2014年度：ゲストキャラクターとして再登場。ゾースの洗脳によって操られたタカティンを救う為、レンと共に夢世界に入って洗脳を解いた。
【2013年度】
宇宙船の操縦から宇宙語の翻訳まで、なんでもこなすエリアBの万能サポートロボ。
口癖は「ランタンターン」。
自分を作ったマスーニョにだけは反抗的。
2018年度以降はビットキャッスル消滅に伴い月で暮らすようになった。
プランナー。
【2014年度】
ビッキューブマスターの宇宙人。
「パーフェクトスター」を作るという夢を叶えるためにがんばる熱い男。
自称・ビキュボンマスター。
あちこちの星でビキュボンを繰り返しスムージングを憎んでいた。
レンとは和解してからも「喧嘩するほど仲がいい」関係にある。
ちなみに大好物はナポリタン。
以上2名は、2018年度からビットキャッスル消滅に伴い月で暮らすことになり、メインコーナーから一時降板（ミニコーナーには演者が出演）。2021年2月5日分の放送から2021年度末まで、セイコー達の学校建設計画に合流する形でレギュラーに復帰した。
レンの相棒である。
【2018年度】
レオ（内川蓮生）
ロボコの社員。
ロボットが大好きで、趣味は機械いじりと動画撮影。
いつかマスーニョのようなすごいエンジニアになることを夢見ている。
2019年度末をもって、イズミ主導の「捨てロボ」プロジェクトに参加するためロボコから旅立った。
(メンバーの卒業は基本的に次年度の初回であり、年度末での卒業は珍しい。内川氏が同年度末をもって事務所を退社したためと思われる)
ナイア（ナイア）
ロボコの社員。
アスミンのようなロボメイトになることにあこがれている。
肉眼では視認不可能な筈の「トッパリン」を見ることができる。
レオ同様、2019年度末をもって、イズミ主導の「捨てロボ」プロジェクトに参加するためロボコから旅立った。
【2019年度】
ナグモ（南雲唯杜）
ロボコの新入社員でチーム・ビットバンのメンバー。
特技はゲーム。
冷静な判断力を持ったリーダー。
コタ（細井鼓太）
ロボコの新入社員でチーム・ビットバンのメンバー。
スポーツや宇宙科学、機械工学が得意。
明るいムードメーカー。
サキ（木村咲愛）
ロボコの新入社員でチーム・ビットバンのメンバー。
リサーチや分析が得意。
頑張り屋で、特技はバトントワリング。
アリ（清水在）
ロボコの新入社員でチーム・ビットバンのメンバー。
電子工学が得意。
趣味は読書と将棋。
ロワ（ロワ梨里愛）
ロボコの新入社員でチーム・ビットバンのメンバー。
ユニークな発想力を持つ個性派プランナー。
以上5名はメガ校の生徒としても活動。
【2021年度】
ナナ（浅川梨奈）
ヒーリング能力を持つミュー「ヒミシ」のパートナー。
メインゲストキャラクター
【2007年度】
ハナナン(山田花子)：いつもお宝を横取りしていく謎の女。
【2009年度】
J(津田寛治)：たびたびトーヤに接触を図る、黒服の男性。
Dr.カゲロウ(廣川三憲)：虫に並々ならぬ愛情を持つ変わった男性。
サツキ(中込佐知子)：一人で弱ったビーボを保護している女性。正体はJの妹。
BFCのボス(中村靖日)：ギャンブルによる金儲けを主とする地下組織のトップ。
【2010年度】
カイ-(カイ･ヴェルザンディー)(佐藤永典)：超常現象を調べている青年。なぜかモジャビーや仮面に詳しい。正体は元時空警察。
ニーナ(新木優子（成長後）)：カイが捜し求めている、幽霊のような少女。正体はカイの実妹。時空の狭間から帰還した後は、時間が正常に作用して大人の女性の姿になった。
ラムダ(高山侑子)：タイムハッカーと思われる女性。
ゼータ(松林慎司)：タイムハッカーと思われる男性。
流石新左衛門(金子岳憲)：なぜか現代にタイムスリップしてしまった武士。
【2011年度】
ツバサ(井上翔)：ローブをまとった少年。ムーマを止める力を持っている。
立野カオル(倉内沙莉)：プログラムに詳しい少女。ハンドルネームは「スネーク」。
山崎(下山葵)：突如昏睡状態に陥ってしまった、ヒロキの友人。ツバサ、カオルとはゲーム仲間。
【2012年度】
カオ(宮武佳央)：事務所に協力してくれている少女。パートナーはポンタ。
トオル(松島海斗)：独自に夢の調査をしている少年。パートナーはフント。
アリス(斉藤遥海)：独自に夢の調査をしている少女。パートナーはモルフ。
レン(吉田仁人)：ネストの主と行動を共にしている少年。パートナーはグリース。
【2013年度】
田中たけし(チャド・マレーン)：ひょうきんなピザ屋。正体は宇宙人でエリアＢの助力者。
【2015年度】
サンディ：謎の砂の巨人。レンとゾースからスムージングとビキュボンを受けると、見た物に変形できる。
【2016年度】
アガガガン(声：くまいもとこ)：ビットキャッスルの番犬。5月27日の生放送後、仲間になった。
三途川渡(コロコロチキチキペッパーズ・ナダル)：商店会の会長兼、G598（じごくや）の店主。
クリキング(栗原類)：フィーバーランドの伝説のカリスマダンサー。
【2017年度】
ノートちゃん(藤平華乃)：予言する少女。その正体は月からやってきた高貴なお姫様だった。
かまブー(声：関俊彦)：ビットキャッスルのボイラーの主。
ミー(我妻桃実)：キャッスル神社のウジャム神にお仕えする巫女。
コー(今田美桜)：キャッスル神社のウジャム神にお仕えする巫女。
ウジャム神：キャッスル神社をまつる守り神。7月21日の生放送後、怒りが収まり元に戻った。
クッキー(馬場園梓)(アジアン)：ノートちゃんの従者の1人でパティシエ。呪いでクッキーに変身した。
ゲッツ(ダンディ坂野)：ノートちゃんの従者の1人でお笑い芸人。呪いで吸血鬼に変身した。
GEKKO(IKKO)：ノートちゃんの従者の1人でヘアメイクアーティスト。呪いでカエルモンスターに変身した。
タケちゃん(鈴木拓)(ドランクドラゴン)：ノートちゃんの従者の1人で（自称）ボディーガード。呪いでタケノコに変身した。
ルナ(山崎静代)(南海キャンディーズ)：ノートちゃんの従者の1人で庭師。呪いでカニばさみ人間に変身した。
だいすけライオン(横山だいすけ)：いきものランドの王様。
【2018年度】
横山さん(横山だいすけ)：ビットロボコーポレーションの経理係。
Dr.マッキー(マキタスポーツ)：ロボすて山でロボットを一人で修理していた伝説のエンジニア。
イズミ(和泉宗兵)：ロボチャンの大会運営責任者。
コサカ(古坂大魔王)：ロボット業界のトップ企業「インフィニティロボティクス」のCEO。
【2020年度】
ヨコダミライ（横田未来）：学校建設の営業担当。
【2021年度】
