1クール13話の作品としてはキャラクターが多くて人間関係を追いかけるのがなかなか大変です。登場する人物のほぼ全てが魔法少女であり、その数が敵味方入り乱れて10人を超します。この点に関しては原作を知っていると理解しやすいと思う。最初のテレビシリーズ「魔法少女まどか☆マギカ」に登場する見滝原の魔法少女たちも登場する。
○環いろは（たまきいろは）/麻倉もも
本作の主人公。宝崎市に住む中学3年生のアーチェリーを武器とする魔法少女。自分がどんな望みを叶えられて魔法少女になったか忘れてしまっており、それが妹・ういの病気を治すことだと知り、妹を探すために神浜市を訪れる。妹の存在は消えており、両親が揃って長期海外出張となり、神浜市のやちよの家であるみかづき荘に下宿して神浜市立大附属学校に通いながら妹を捜す。「記憶ミュージアム」のマミとの戦いで最後は小さいキュウべえと共に闇の中に落ちていく。
○黒江（くろえ）/ 花澤香菜
宝崎市に住むいろはの知り合いの魔法少女。「好きな人とつきあいたい」という願いごとを叶えてもらい魔法少女になる。「神浜市に行くと魔法少女は救われる」という「神浜市のうわさ」を聞いて、いろはを伴って神浜市に出かける。そこでやちよと遭遇する。この事件後は登場しない。TVアニメ版オリジナルキャラクター。
○七海やちよ（ななみやちよ）/ 雨宮天
神浜市立大学に通う大学生でモデル、槍を使う魔法少女。自他共に認める最強レベルの魔法少女。契約時の願いは「自分が生き残ること」。結果周りを蹴落として仲間を失ってきた。仲間を否定しつつ優しいのですぐに仲間を作ってしまう性格。最後はさやかに抱えられて「記憶ミュージアム」を脱出する。
○由比鶴乃（ゆいつるの）/ 夏川椎菜
自称「最強の魔法少女」。神浜市立大附属学校に通う高校生、扇と炎を使う魔法少女。自ら「最強」というだけあって戦闘能力は高い。父親（CV:増岡太郎）が営む中華料理店「万々歳」を手伝う。
○深月フェリシア（みつきフェリシア）/ 佐倉綾音
神浜市で傭兵をしている玄翁（げんのう）を武器とする魔法少女。一人称は「オレ」言葉づかいも行動も粗野だが、実力はある。両親を失っており家もない。魔女を強く憎んでいる。
