Chris O'Donnells karakter, "G" Callen, er en NCIS Special Agent og leder feltholdet, der er tildelt Office of Special Projects i Los Angeles. O'Donnell er skuespiller og tidligere model og er bedst kendt for sine roller i Duften af en kvinde, Batman Forever, og Batman & Robin.
LL Cool J spiller som Sam Hanna, en senior NCIS Special Agent, der er Callens partner og en tidligere Navy SEAL. LL er en to-gangs Grammy Award-vinder og bredt kendt i underholdningsbranchen for sit omfattende arbejde inden for musik, film og tv.
Daniela Ruah, en portugisisk-amerikansk skuespiller, er bedst kendt for sin rolle som Kensi Blye: en NCIS-specialagent, der er samarbejdet med og forlovet med detektiv Marty Deeks.
Linda Hunt spiller som Hetty Lange, driftsleder for kontoret for specielle projekter i Los Angeles. Hunts debut på storskærm kom i 1980 i Robert Altmans "Popeye", men hun har spillet en bred vifte af figurer på tværs af film, tv og teater. Hun er bedst kendt for sin Oscar-vindende forestilling i "The Year of Living Dangerously" som Billy Kwan.
Skuespiller Eric Christian spiller som Marty Deeks, en detektiv hos Los Angeles Police Department, der fungerer som LAPD-forbindelsen til NCIS. Hans karakter er også forlovet med NCIS Special Agent Kensi Blye. Før du deltager NCIS: Los Angeles, Christian har optrådt i en række film og tv-shows, inklusive Bliv ægte, Ikke en anden teen-film, ER, og 24.
Barrett Foa spiller Eric Beale, den tekniske operatør, der er tildelt kontoret for specielle projekter. Før han deltager i rollebesætningen NCIS: Los Angeles, Foa optrådte primært i teaterroller.
Skuespillerinde Renée Felice Smith spiller som Nell Jones, en intelligensanalytiker, der arbejder med Eric Beale, men ofte slutter sig til teamet i feltet. Smiths skuespillerkarriere begyndte med en yoghurt-reklamefilm i en alder af seks år, og hun tiltrådte CBS-dramas rollebesætning efter endt studium.
Skuespillerinde Nia Long blev medlem af rollebesætningen i 2017 som Shay Mosley, NCIS Executive Assistant Director for Pacific Operations. Gennem sin karriere har hun medvirkende i mere end 50 film og tv-shows, inklusive Big Momma's House, Alfie, Er vi der endnu?, og Den bedste mand ferie.