Главные персонажи первой книги и «семья» Незнайки. Большинство появляются в других книгах,
Незнайка — коротышка среднего роста с большой головой и маленьким носом (неформальный лидер). Он носит голубую шляпу с широкими полями, жёлтые канареечные брюки, оранжевую рубашку и зелёный галстук. Любит яркие цвета. Основными чертами Незнайки являются хвастливость и невежество, потому что он любит похвастаться и не любит учиться, но в то же время забавный и никогда не унывающий. Также его отличают сообразительность и смелость. И ещё он вечно попадает в какие-нибудь истории. Также можно сказать, что ни одно событие в сказочном городке не обходится без него.
Зна́йка — коротышка, старший среди других 16 коротышек (формальный лидер), живущих в доме по улице Колокольчиков в Цветочном городе. Он очень любознательный, а также строгий и педантичный (иногда до занудства). Кроме того, он бывает осторожен с выводами, но иногда и спонтанен. Может ввязаться в драку, а может среди ночи принять решение и, не откладывая, уехать ранним утром по делам. Знайка носит чёрный костюм и очки, а также имеет большой авторитет среди коротышек. Его признают в учёных кругах Солнечного города.
Пилю́лькин — врач широкого профиля в Цветочном городе. В первых двух книгах считал, что врачевание должно носить не только лечебный, но и поучительный характер. В связи с этим использовал только касторку (внутрь) и йод (снаружи). Оппонент (и, по совместительству, подруга) — врач Медуница из Зелёного города. В первых двух книгах, когда другие коротышки неправильно себя вели, тут же начинал запугивать их касторкой, даже Знайку. Но в третьей книге его образ всё же смягчился и там он ушел от воспитания и занимался исключительно медициной, хотя когда его оставляли за старшего в экспедиции - заставлял всех соблюдать режим дня.
Винтик и Шпунтик — мастера из Цветочного города. Живут вместе с Незнайкой и другими коротышками в Цветочном городе. Как писал о них Носов, это были два очень изобретательных и беспокойных ума. Главные механики, плотники, слесари и т.п. Цветочного города. Мастера на все руки. Неразлучны, как и положено братьям. Однако, у них имеется и некоторая субординация — Носов называет Шпунтика помощником механика Винтика. Появляются во всех трёх книгах, кроме того, являются главными героями рассказа «Винтик, Шпунтик и пылесос».
Сахарин Сахариныч Сиропчик — толстенький коротышка из Цветочного города, который любит сироп и прочие вкусные напитки. Очень вежливый и отзывчивый, предпочитает чтобы к нему обращались Сахарин Сахариныч. Любит одеваться в клетчатую одежду. Соревновался с Пончиком в толщине во время полета на воздушном шаре.
Пу́лька — один из 16 коротышек с улицы Колокольчиков. Охотник, имеет ружьё, которое стреляет пробками, и собаку Бульку. После того, как разбился воздушный шар, Булька убежал обратно в Цветочный город, а Пулька вывихнул ногу и долго находился на лечении в больнице Зелёного города у Медуницы, где избаловался и стал очень капризным, и чуть не сошел с ума. Когда Пулька и его друзья вернулись в Цветочный город, он воссоединился с Булькой.
Тюбик — художник из Цветочного города. Пытался научить Незнайку живописи и писал портреты жительниц Зелёного города. Летал со Знайкой на Луну.
Гусля — музыкант и композитор из Цветочного города. Пытался научить Незнайку музыке. Летал со Знайкой на Луну.
Торопыжка — житель-непоседа из Цветочного города. Всё время торопится и не сидит на месте.
Ворчун — ворчливый персонаж, вечно всем недовольный, друг Молчуна. Живёт в Цветочном городе. Вместе с Пилюлькиным устроил побег из больницы в Зеленом городе. После побега изменился и малышки удивлялись почему такой жизнерадостный и светлый коротышка зовется Ворчуном.
Молчун — житель Цветочного города, друг Ворчуна. Почти всегда молчит.
По́нчик — толстый, прижимистый, но в целом, добрый и отзывчивый коротышка. Очень любит поесть, особенно всякие булочки и пирожки. Склонен к накопительству — тащит к себе в комнату всякие вещи (а вдруг пригодится!). Не склонен много работать - придумывает всевозможные причины, чтобы его освободили от важных дел, выполняемых всеми коротышками вместе. Любимая одежда — та, в которой много карманов. В первых двух книгах Пончик был эпизодическим персонажем (самые яркие эпизод с ним: спор с Сиропчиком на воздушном шаре — кто из них толще, а также насмешки над Незнайкой, который решил помогать доктору Пилюлькину, с их слов «Незнайка решил стать доктором»), а в третьей книге вместе с Незнайкой совершил полёт на Луну.
Растеряйка — рассеянный житель Цветочного города, склонный всё терять и забывать.
Аво́ська и Небоська — братья-близнецы из Цветочного города. Прославились тем, что любили всё делать наугад (на «авось»). Любимые слова: у Авоськи «авось», а у Небоськи соответственно «небось». Внук писателя Игорь Носов отмечает, что Авоська и Небоська в романах Николая Носова могли появиться по аналогии с героями гоголевского «Ревизора», Бобчинским и Добчинским[1]. Незнайка сочинил про Авоську стихотворение: «У Авоськи под подушкой лежит сладкая ватрушка». Вместе с другими коротышками Авоська отправился в путешествие на воздушном шаре. Для этого путешествия он оделся в свой лыжный костюм, так как считал его весьма удобным для такого рода занятий. Во время путешествия на воздушном шаре Авоська вырезал перочинным ножиком в корзине шара дыру, чтобы высыпать песок, который рассыпал из мешка-балласта Небоська. Тем самым способствовал скорой поломке корзины при ударе о землю. В Зелёном городе Авоська работал помощником Тюбика. Тюбик делал трафареты для портретов, а Авоська раскрашивал их нужными красками.