Главной героиней сказки является малюсенькая девочка по имени Дюймовочка, имеющая доброе и отзывчивое сердце. На протяжении всей сказки девочка знакомится со многими персонажами, которые хотя и не такие главные, но помогают автору раскрыть характер Дюймовочки.
Среди главных персонажей можно выделить Полевую Мышь, которая пыталась выдать Дюймовочку замуж за противного, но богатого крота. Мышь дала девочке приют и спасла её в трудной ситуации, однако она была готова отдать её в лапы крота.
Крот описывается автором как солидный и обстоятельный персонаж, мечтающий разнообразить свою жизнь присутствием Дюймовочки.
Положительным персонажем является Ласточка, которую выходила девочка. Именно благодаря заботе и вниманию Дюймовочки она снова смогла летать. Позже Ласточка спасет девочку и совершит вместе с ней перелет в чудесные края.
Нельзя не упомянуть Короля эльфов, который влюбился в Дюймовочку и предложил ей руку и сердце. Именно с ним девочка наконец-то обрела свое счастье и стала его законной женой.
Есть в сказке и другие герои, описанные автором, но они являются второстепенными, а действие с их участием протекает недолго. Бездетная женщина и Колдунья, Жабы и Рыбки, Майский жук и Мотылек - вот этих героев мы наблюдаем гораздо реже главных персонажей.