《吴邪的私家笔记》围绕吴邪等人的探险之旅展开，核心角色延续了盗墓笔记系列的经典设定，同时各有鲜明特质。
吴邪由徐振轩饰演，作为老九门吴家独子、吴三省的侄子，他起初经营着古董店，身上自带书卷气。外貌上身形清瘦挺拔，面容俊朗，眼睛明亮有神。性格温和善良且天真却不愚蠢，前期对探险充满好奇，初入古墓时会显露青涩慌乱，可关键时刻又很谨慎细致。他精通建筑学、密码破译和古董鉴定，还具备出色的逻辑推理能力，常担任团队里的“军师”。经历鲁王宫、深海沉船墓等一系列凶险后，从依赖三叔的少年逐渐成长，最终和张起灵、王胖子组成“铁三角”，成为能直面危险的探险者。
张起灵由程相饰演，张家现任族长，也是“铁三角”的精神领袖，堪称剧中的战力天花板。他性格沉默寡言，总是神龙见首不见尾，却总能在团队陷入危机时及时出现。他拥有纯正的麒麟血，不仅能一直保持年轻容貌，血液还能驱虫辟邪，对尸蟞等邪物有极强威慑力，但这种能力使用过多会让他贫血虚弱。作为身负重任的人，他独自承担着守护青铜门和张家秘密的使命，多次出手化解禁婆、海猴子等带来的致命威胁。
王胖子由孙葛川野饰演，自称北派摸金校尉，原本在潘家园贩卖古董。他身手灵活，徒手搏斗能力强，还擅长使用各类枪支、匕首等冷热兵器。性格看似大大咧咧爱耍活宝，实则胆大心细，有着丰富的盗墓经验和独特的思维方式，常常能用“枚举法”解决难题。他在探险途中结识吴邪和张起灵，之后成为“铁三角”一员，多次在危难中解救吴邪，是团队里的重要战力和气氛调节者。
吴三省由吴镇宇饰演，吴老狗的三儿子，吴邪的三叔，作为老九门传人，是个探险经验丰富的老江湖。他聪明狡猾、做事果断且亦正亦邪，一方面有着疼爱侄子吴邪的柔情，出发探险前会托付朋友照料吴邪；另一方面又背负着诸多秘密，曾与解连环互换身份，去向成谜，还暗中策划对抗神秘组织。他凭借自身经验破译帛书，组建探险队开启探秘之旅，是推动剧情发展的关键人物，其身上的谜团也牵动着整个探险故事的走向。
潘子由曹磊饰演，吴三省的得力助手，曾参加过自卫反击战，有着高超的丛林作战经验和野外生存技巧，还被称为“三爷手下的疯狗”。他性格沉稳果断，对吴三省忠心不二，对吴邪也视如己出，常常以命相护。在蛇沼鬼城等地的探险中，多次救下吴邪和王胖子，是团队里可靠的后盾，其重情重义的江湖义气形象十分鲜明。
阿宁由李沐宸饰演，隶属于国际打捞公司，对老板裘德考忠心耿耿。她集美貌与智慧于一身，身手不凡且做事果断决绝。最初为调查吴三省宅邸的秘密结识吴邪，一开始对吴邪心存轻视，后续在多次共同经历生死考验后，逐渐对吴邪刮目相看，后期甚至为保护吴邪放弃杀心，性格中有着从冷酷到显露柔软的转变。
大奎由马京京饰演，是跟随吴三省多年的伙计。他身材高大魁梧，看起来孔武有力，可实际上胆子极小，每次见到古墓中的可怕怪物，经常吓得腿软甚至口吐白沫。他虽力大无穷，能在探险中做些体力相关的事，但性格上的怯懦让他难以应对突发危险，最终在鲁王宫中中了尸蹩王的毒，失去理智后被吴邪开枪终结。
陈文锦由王韵之饰演，陈皮阿四的养女，同时也是吴三省的恋人，被称为倒斗界的“神雕侠侣”。作为老九门的传人，她擅长寻龙点穴，还曾担任西沙海底墓考古队的队长，极具领导能力。她身上关联着二十年前的考古谜案，吴三省后期也一直在寻找她的下落，而她最终在蛇沼鬼城中进入巨大陨玉后消失，下落成谜。