全員第1話から登場している。

金田 正太郎（かねだ しょうたろう）

声 - 山田栄子
本作の主人公。原作では少年探偵だが、本作ではICPOのメンバーに変更されている（自動車の運転をする部分はそのまま）。
幼い頃に母を亡くしている。その後、父である金田賢太郎博士はブランチに殺害された（第2話の回想シーン。なお、鉄人は建造中であり、未完成であった）。
第1話開始時点では、普通の小学生（第5話で11歳の誕生日を迎えている）として敷島邸の離れに住み、敷島一家と家族同様に接していた。ブランチ率いるロボットマフィアによる事件により敷島博士から鉄人とヴィジョンコントローラー（Vコン）を渡され、鉄人の操縦者となる。
第1話の事件解決後にICPOのメンバーになり、銃（パラライザー）も支給された。同時に自動車の特別免許証も発行されている。

大塚 茂（おおつか しげる）

声 - 富田耕生
第1話の時点でICPOの警部として登場。第4話で日本支局所属と明言される。
原作（およびアニメ第1作）の大塚署長に相当する。レギュラーの中で、唯一旧作と同じキャストとなった。
後番組『六神合体ゴッドマーズ』には、同じ顔（キャラクターデザイン）で同じ声の大塚長官が登場し、実質的なスピンオフとなっている。

敷島 大次郎（しきしま だいじろう）

声 - 金内吉男
科学者。正太郎の父・金田博士とは友人だった。彼の死後、鉄人28号の建造を受け継ぎ完成させるが、永らく研究室に封印していた。
正太郎の後見人でもあり、父親代わりでもある。

敷島 牧子（しきしま まきこ）

声 - 滝沢久美子
敷島夫妻の娘で、愛称はマッキー。正太郎の同級生。

敷島 歌子（しきしま うたこ）

声 - 谷育子
敷島博士の妻で、牧子の母。

宇宙魔王（うちゅうまおう）

声 - 内海賢二
かつては地球に似た星の王だったが、ブラックホールによって惑星が消滅する際に生きたいという執念によってブラックホールと融合する（あくまでもロビーの説明であり、どういった原理なのかは不明）。その後はブラックホールとなって他の惑星を滅ぼしながら全宇宙を支配するべく活動する。そんな中でも実子であるグーラを溺愛するなど多少なりとも人間的な感情も持っている。最終決戦では弱点である暗黒太陽を破壊しようとする鉄人の前に巨大な実体となって現れた。

グーラ・キング・Jr.

声 - 戸田恵子
宇宙魔王の息子。「魔獣王子」の異名を持つ。

ブランチ

声 - 小林修
ロボット・マフィアの首領。太陽エネルギーを独占するためにロボットを使用。宇宙魔王と結託するが、自分が利用されただけだと知り、死の間際に正太郎に協力する。最後の言葉は「小僧、よく覚えておけ。ここは地球とは違うんだ」。没後、大塚から「奴もやはり地球人だった」と評される。

エルサタン

声 - 此島愛子
死の商人の組織ダーティーサタンの女ボス。
ジーナ早川と名乗り、正太郎たちの前に現れ暗躍するが、香水が原因で正太郎に正体を見破られてしまう。

鉄人28号

金田正太郎が操る巨大ロボット。無線で操縦されるシステムであり、無人機。背部の飛行装置により、空中でも自在に行動が可能。海中にも対応している。操縦機はヴィジョンコントローラーと呼ばれる（第11話より「Vコン」と略される）。
設計者の金田博士が建造中に倒れたため、敷島博士が後を継いで完成させた。エネルギー源は太陽エネルギーで増幅装置も内蔵している。
得意技はハンマー・パンチでオープニングにも登場している。決め技は主にフライング・キックであり、中盤からは決め技用のカットインが入るようになった。
詳細は鉄人28号 (架空のロボット)#太陽の使者 鉄人28号を参照。

クリッパー

第5話から登場（オープニングとエンディングでは、初回から登場している）。一人乗りの小型ホバークラフト（大塚警部により明言）。
正太郎の11歳の誕生日に敷島博士から贈られた。命名は敷島博士による（贈呈時に説明）。運転には免許が必要らしく、牧子が操縦を申し出た際に正太郎からライセンスの有無に言及された。

08（ぜろはち）

第11話から登場。鉄人の整備ロボで、いわゆる等身大のサイズ。操作はプログラムされたカセットを腹部に入れることで行う。整備などのサポート以外に庭の手入れや夜間の見張りなどもする。
プログラム内容で敵にも味方にもなる諸刃の剣。

ブラックオックス

第34話から登場。人工知能（自我）を持つ巨大ロボットで不乱拳（フランケン）博士により作られた。彼の知識を移植する最中に起動されたため、3歳程度の知能しか持たずに誕生した（同話での不乱拳博士の言による）。第49話で最期を迎える。
詳細はブラックオックス#太陽の使者 鉄人28号を参照。

コスモキャット

終盤で宇宙魔王に対抗して地球側が建造した宇宙戦艦。武装は各所に備えられたビーム砲とバリア発生装置の他、ワープ航法能力を持つ。

ブランチロボ一号

紫色とピンクを基調とした色の毒々しいロボット。トンボのメガネのような頭部コクピットである。五体のメカが合体する。頭部は脱出ポッドも兼ねている。

ブランチロボ二号

水陸両用のロボット。鉄人がブランチに奪われ、ならばこちらもと正太郎たちがブランチから奪った。

タイタンロボ

マッドサイエンティストのミラー博士が作った。頭部がUFOのような乗り物になっている。鉄人の腕をもぎとるが、独立連動システムのためパフォーマンスの落ちない鉄人の反撃を受け、破壊される。

バードン

巨大怪鳥ロボット。鳥と自然を愛するあまり、鳥を殺し自然を破壊する人類全てを悪と決めつける、人間嫌いなバードン博士が操る。

ゴースター

宇宙作業用に開発された、甲殻類のような金色のロボット。周りの空間と光をまげて姿を隠すことができるため、怪盗リバーキャットに悪用された。

巨大タコ・クラーケン

エーゲ海に出没する謎の巨大海獣の正体。海深く沈んだ古代ギリシャ遺跡を棲家としている。

ガムダ一号

合体して「合体ガムダ」に変身する。

ガムダ二号

合体して「合体ガムダ」に変身する。巨大な複眼から熱線を放射。合体すると核爆弾に匹敵する破壊力をもつ破壊光線を出す。

エイリアン

地球に降り注いだ隕石から出てきたエネルギーを吸い取り巨大化する怪物。鉄人のエネルギーをも奪った。

ブランチロボ三号

西洋の騎士のような姿。何体も出てきたが全て分身で、実体は一つ。

偽鉄人

鉄人28号の偽物。本物の鉄人に簡単に破壊されてしまうが、実は本物の鉄人を奪うための罠が仕掛けてあり、作戦の本命はそちら。相違点は鉄人が命令を受信した際などに発する唸り声。
正太郎や敷島博士を始め、全員がいつもと違うと思う程度で最初はすり替えに気づかなかった。

ベラクルス

ジーナ・早川ことエルサタンが率いる組織が製作した鉄人を上回るロボットとされるが、その実態は中身は奪われた本物の鉄人。偽鉄人と対決して勝利後に爆発のショックで外装が剥がれてしまうが、ジーナの客たちが詐欺扱いすることはなかった。

デスラム

エルサタンが率いる組織が製作した軍事ロボット。兵器として武器商人に売られている。

白熊ロボット

氷の帝国が製作したロボット。口から出す冷凍光線で全てを凍らせる。背に装備されたエンジンにより飛行も可能。

ウルトラクラッシャー

氷の帝国が世界中の優秀な科学者を集めて製作したこの時点で世界最強のロボット。敷島博士すら脅迫され手伝わされた。すべての能力で鉄人を上回るが、博士たちの機転で弱点を作っておいたため、最後は鉄人に敗れる。

ドラゴンロボット

ドクター・モアが製作したロボット。チベットの山奥の竜の伝説そのままの姿。鉄人との戦いの中でメカニカルな本体を現しロボットだと判明した。

ギルダー

不治の病で余命いくばくもない若き天才科学者ケリーが開発製作したロボットだったが、研究成果を恩師のドラグネット博士に奪われる。鉄人に迫る能力を持っていたが、復讐に囚われすぎたため鉄人に敗れた。

大魔神（ブランチロボ四号）

南海に浮かぶ美しい島の守り神の巨大な神像。しかし岩盤の皮をむけば黄金のロボット。ブランチに操られる。剣を振り回し鉄人を追い詰めるが、鉄人の真剣白刃どりとそれに続く連続攻撃であえなく撃破される。ブランチロボ四号に数えられる。

エイ・ロボット

南海の島を征服したブランチが操る。複数機が存在し鉄人と空中戦を繰り広げる。

巨大戦艦

ブラック率いる海賊団が操る巨大戦艦。多くの艦載機やミサイルなど多くの兵器を搭載している。空中海中も思うがまま。圧倒的な火力でカトンボのように纏わりつく鉄人を撃ち落すが、海底火山の噴火を浴びて脆弱になった装甲板を鉄人に破られ、撃沈される。

スコーピオン

アフリカでダイヤモンドを不法に採掘していたボスマン一味が操る。蟻地獄のような形をしたドリルロボが複数合体して完成するサソリ型ロボット。

スフィンクス・ロボ

世界征服をめざすファラオ一族の末裔・パオロが操る、頭は人間、体はライオンという外見のロボット。強力なパワーと火炎放射で鉄人を圧倒する。

ブランチロボ五号

カメレオンのような顔で片方の腕が分銅のようになっている。縮小光線で小さくなった鉄人を倒そうとするが、最後は逆転される。

ムカデロボ

乙姫率いる謎の組織に操られるロボット。ジェットコースターが変形してロボットに変身した姿。ジェットコースターで遊んでいた少年少女たちをさらう。

怪竜ロボット

正体を暴かれた乙姫が操る龍型ロボット。鉄人に長い胴体を巻き付けて締め上げる。

飛雄馬ロボット

飛雄馬一族が操るロボット。巨大な白馬ロボットにまたがり、三叉の槍で攻撃する。鉄人に火口に落とされ破壊される。

ブランチロボ六号

ブランチが送りこんだ最後のロボット。巨大なカメレオンのような体型をし長い舌で敵を巻きつける。2体存在する。

スペースロボ一号

宇宙から飛来した謎の怪獣。見た目は怪獣だが実態はロボット兵器。

スペースロボ二号

巨大な赤いカブトムシのようなロボット。球状形態で円盤から射出され変形する。無重力の戦闘に慣れていない鉄人と正太郎をきりきり舞いさせた。

キングコング

見世物の巨大類人猿として登場。しかし実は中身は怪盗リバーキャットが操るロボットだった。

カンフーロボ

闇将軍・陳が操る。中国拳法の多彩な技で鉄人を苦しめた。

チャレンジャー1号

自らが製作したロボットこそ世界一だと自負するチャレンジャー博士が、ギネスブックの記録を塗り替えようと記者団を引き連れて鉄人に挑戦する。圧倒的な強さで鉄人を火口へ落として一度は勝利するも、偶然火山が爆発して復活した鉄人に敗れ去った。

バッファローロボ

ジーナ早川が最後に送り出してきたのがこの巨大バッファロー型のロボットだった。内部には戦闘機を搭載しており、巨大コンビナートを火の海にして暴れまわる。消火用の特殊ニトロ輸送で身動きの取れない鉄人を追い詰めるが、フライングキックの前に敗れ去る。

スペースロボ三号

宇宙魔王の配下・デオンが隕石に偽装して地球に送り込んだロボット。分離合体が出来、巨大ロボ形態では鉄人を片手で握りつぶせるほどの大きさになる。

雷神トール

北の海を支配するバイキング・ノースゲル一味が操るロボット。巨大な斧で雷を呼ぶ。

トカゲロン

紅とかげ団が操る爬虫類型ロボット。鉄人28号が破壊された（実は偽装だった）ことを見計らって出現。口から火炎を吐いて暴れまわる。

カニギラン

不乱拳博士を利用して知能を持ったロボットを開発させていたヘンケル一味が操るカニ型ロボット。複数の機体が存在する。

巨大スパーク

宇宙魔王の手下・スパーク将軍が自らの体と無数のスクラップ自動車を融合して巨大ロボになった姿。鉄人28号とブラックオックスの連携で倒された。

コルドン一号

軍隊を影で支配するコルドンが繰り出したロボット。戦艦艦隊が全滅した後に満を持して登場するも鉄人にあっけなく倒された。

サンダーファイター（怪ロボット）

アルファベット社がライバル会社を潰して世界一になろうと密かに製作したロボットで、2台の巨大トレーラー（コンボイ）が合体する。サンダーファイターはこの怪ロボットから会社を守るために開発したと偽って外装に細工をした状態の名称。鉄人にはほとんど歯が立たずに呆気なく敗北した。

デモクレス

グーラ王子の護衛を務めるスペースロボ。最後はグーラ自ら乗り込み鉄人と対決する。

スペースロボ四号

紫色の変幻自在のアメーバのようなロボット。

ミイラ男ロボ

ドラキュラが操るロボット。包帯を巻きつけ電撃で鉄人を苦しめる。

サンショウウオロボ

ドラキュラの館にある巨大な池に棲む用心棒ロボット。相手に巨大な尻尾をたたきつける。

死神ロボ

ドーズー教の教祖が、人々を恐怖に陥れて支配しようとその恐怖の象徴として製作された。巨大な鎌と雷の放電攻撃で鉄人をピンチに陥れる。

カルロスのロボット

カルロスシンジケートの巨大ロボット。腕を伸ばしたりミサイルで攻撃するなどの攻撃で鉄人を苦しめた。

ライダーン

暴走族のリーダー・ジョーが操る巨大ロボ。頭部にバイクが収納され操縦席となる。

タランチュラ

正太郎の夢の？世界に登場する魔物。鉄人を石にしてしまう。

イカロス

闇の商人ドロンボが操るロボット。ギリシャ神話の神を髣髴させるデザイン。鉄人の捕獲を企む。

スペースロボ五号

グーラ王子が送り込んだライオン型のロボット。強力なパワーと口から放つ刃状のレーザーで鉄人を苦しめる。

スペースロボ六号

宇宙魔王軍団の地球要塞都市防衛とブラックオックスを操る目的のために出撃した巨大なアシナガグモ型ロボット。

スペースロボ七号

グーラ王子が正太郎との最後の決戦のために乗り込んだロボット。西洋の騎士を髣髴させる。

スペースロボ八号

ブラックホール（宇宙魔王）に入り込んだ鉄人を待ち構えていた鳥型ロボット。計2体存在。

ロビー

宇宙魔王に仕える、意思を持つ人間大のロボット。詳細は鉄人28号の登場ロボットを参照。

「太陽の使者・鉄人28号」 作詞 - 藤川桂介 / 作曲・編曲 - 清水靖晃 / 歌 - ギミック（河内淳一）

「太陽の使者・鉄人28号」

作詞 - 藤川桂介 / 作曲・編曲 - 清水靖晃 / 歌 - ギミック（河内淳一）

「希望に向かって〜正太郎のテーマ〜」（第1話 - 第25話）

作詞 - 藤川桂介 / 作曲・編曲 - 清水靖晃 / 歌 - ギミック

「無敵の鉄人28号」（第26話 - 第51話）

作詞 - 亜蘭知子 / 作曲 - 河内淳一 / 編曲・歌 - ギミック

エンディング2のインストルメンタル版のフレーズの一部は、第一期EDの頃から本編にて主に物語の締めのBGMに使用されている。本編では、鉄人側の声優の総出演でコーラスが入っている。本編クレジットでも、『鉄人オールスターズ』になっている。主に聞こえるヴォーカルが正太郎役の山田のものである。