注意： 各キャラの説明は多少のネタバレを含みます。 恐竜惑星を未見で内容を知りたくない方は、閲覧を控える事をお薦めします。
恐竜惑星の主人公である少女。現実世界での名前は山口 美沙といい、アニメ好きな女の子である。 メディアタワーのバーチャルステーションが作り出す恐竜時代・バーチャル大陸に入ると、アニメの主人公になれる事を知り、アニメキャラの萌と名前を変えて恐竜時代の冒険に出発する。性格は男勝りでおてんば。その一方でレイに対する優しさもある。普通の女の子らしく、他の恐竜を殺す肉食恐竜を嫌っていたが、次第にその生き方にも理解を示すようになる。 萌のフルネームは初期設定では結城 萌だったが、現在ではオタク用語"萌え"の語源として広まった鷺沢 萌の方が有名になってしまった。しかし萌は本来バーチャル大陸でのハンドル名であり、名字は必要ないと思われるが‥。
メディアタワーのバーチャルステーションで萌の冒険をサポートする少年。美沙の友達。 大の恐竜オタクで（と言う割には基礎を知らなかったりする）いつも最新の恐竜情報をネットで探っている。ちょっと気弱でいくじなしな性分で、美沙には全く頭が上がらない。努と美沙の間には、特に恋愛感情は無かったようである。ラーメンが大好きで、その気になれば何杯でもたいらげる。 一度だけアニメに姿を変えた事があるが、ハルの妨害によってバーチャル大陸へ行く事は出来なかった。
メディアタワーの住人でバーチャルステーションのオペレータ。バーチャルシステムの管理やタイムホールの操作、データ解析等を行う。 カエルと空き缶をミックスしたような容姿のメカで、おとなしく気弱で優柔不断。オペレータという責任ある立場としては問題ありである。萌の言いなりで努には同等に扱われ、トラブルにもまともに対処できない等、後の2作品のオペレータキャラと比べて、能力が劣っているように見られても仕方がないだろう。 萌に対してはゾッコンで物腰も丁寧だが、努は適当にあしらう傾向が強い。
小型草食恐竜の赤ちゃん。全身を白い毛で覆われた愛くるしい姿をしている。バーチャル大陸を旅していた萌の前に突然現れ、萌はレイの母親を探す為に一緒に冒険するが、そのうちに機転をきかせたり日本語を話せるようになり、知能が非常に高い事が分かる。 レイの正体は白亜紀後期初頭の南極圏にいた草食恐竜・レエリナサウラの進化種で、恐竜人類フォロルの先祖となる重要な個体であった。レイの事をギラグールは草の種、フォロルはフェリロと呼んでいる。 名前の由来は萌を真似て礼をした事にちなむ。萌にとてもなつき、いつも甘えている。
恐竜人類・ギラグールの爪砥ぎ（技術者 兼 科学者）階級。フルネームは「春の最初の満月の夜に生まれた最初の息子」。萌によってハルと略される。 白亜紀の古生物、特に哺乳類の専門家で、哺乳人類である萌に異常な程の関心を示し、萌をつけまわす。とはいっても萌を愛しているというわけではなく、単に研究対象として見ているに過ぎない。女性が力のあるギラグールでは珍しく、男性なのにそれなりの地位にいるようである。 性格は冷静でポーカーフェイス、あまり感情的にならない。好戦的なギラグールの中でも穏健派で、敵対しているフォロルとも折合をつける道を考えていたようである。
恐竜人類・フォロルの戦士。 フォロル軍の中でも特に優秀な戦士で、フェリロ（レイ）奪還作戦や、宇宙の眼破壊作戦等の重要な計画に度々抜擢されるのも、それだけ信頼されている証拠だろう。戦友ナオーとは初陣から一緒に戦ってきた仲である。 責任感が強く真面目な性格で優等生的。フルネームはフィラ・クルル・フェリロだが、名前がフェリロ（レイ）と同じなのは単なる偶然である。多産のフォロル族ゆえに兄弟が23人もおり、ファルンはその一人。
おまけコーナー「恐竜豆知識」に出てくる博士。 美沙ちゃんや視聴者からの恐竜に関する疑問に優しく答える。小畠郁生氏は実際に古生物学者であり、専門はアンモナイトであるが、恐竜にも造詣が深く書籍も幾つか出している。
（出演者および声優の敬称略）
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