โนบิตะ เด็กชายชั้น ป.4 ที่มักถูกเพื่อน ๆ แกล้ง (แต่บ่อยครั้งก็เป็นฝ่ายหาเรื่องใส่ตัวเอง) ไม่ค่อยชอบทำการบ้าน ไม่ชอบอ่านหนังสือและไปโรงเรียนสายบ่อย ๆ โดยมีเพื่อนที่เป็นตัวละครสำคัญในเรื่องคือ โดราเอมอน (โนบิตะทำอะไรไม่ค่อยเป็น ต้องพึ่งโดราเอมอนแทบทุกอย่าง) หุ่นยนต์แมวจากอนาคตที่คอยดูแลช่วยเหลือโนบิตะตลอดเวลาด้วยของวิเศษจากอนาคต ไจแอนท์ เด็กที่ดูเป็นอันธพาลแต่ที่จริงเป็นคนอารมณ์อ่อนไหวและรักการร้องเพลง ซูเนโอะ ผู้มีฐานะทางบ้านดีที่สุดในกลุ่ม มีนิสัยชอบคุยโม้ เป็นคู่หูกับไจแอนท์ที่คอยกลั่นแกล้งโนบิตะอยู่ตลอด เดคิสุงิ เป็นเด็กเรียนเก่ง นิสัยดี รักความถูกต้อง มีน้ำใจ แต่ไม่ค่อยมีบทบาทมากนัก ชิซุกะ ผู้หญิงเพียงคนเดียวในกลุ่มเป็นเด็กเรียนดี ชอบช่วยเหลือผู้อื่น เป็นเด็กสาวที่โนบิตะหลงรัก ในอนาคตก็ได้มาเป็นเจ้าสาวของโนบิตะด้วย ไจโกะ น้องสาวของไจแอนท์ ไม่ค่อยมีบทบาทมากนัก ตัวละครสำคัญนอกจากนี้ก็มี โดเรมี หุ่นยนต์แมวที่มีกระเป๋า 4 มิติและของวิเศษ (แต่จะออกน่ารักๆ ดูเป็นแบบผู้หญิงมากกว่า) เช่นเดียวกับโดราเอมอนผู้เป็นพี่ชาย คุณพ่อและคุณแม่ของโนบิตะ ซึ่งคุณแม่ดูจะมีบทบาทในเรื่องมากกว่าคุณพ่อ