El reparto de la serie NCIS: Los Ángeles incluye, entre otros:
Chris O'Donnell como G. Callen (320 episodios), LL Cool J como Sam Hanna (320 episodios), Daniela Ruah como Kensi Blye (320 episodios), Linda Hunt como Henrietta "Hetty" Lange (320 episodios), Barrett Foa como Eric Beal (280 episodios), Eric Christian Olsen como Marty Deeks (256 episodios), Renée Felice Smith como Nell Jones (256 episodios), Miguel Ferrer como Owen Granger (121 episodios), Medalion Rahimi como Special Agent Fatima Namazi (73 episodios), Caleb Castille como Devin Roundtree (59 episodios), Gerald McRaney como Retired Navy Admiral Hollace Kilbride (51 episodios), Nia Long como Shay Mosley (48 episodios)