《大侦探》的主要演员表如下：
胡一天 饰演 司徒颜：司徒颜本是一名嫉恶如仇的律师，因不愿向强权低头而放弃工作，后到哈尔滨成为侦探。他拥有超强推理才华，以破案窥见人心。
张云龙 饰演 骆少川：哈尔滨首富之子，在警察局任职。仗义直爽，与司徒颜成为搭档，共同解决多起案件。在故事中，他一度陷入弑父风波。
张馨予 饰演 周墨婉：性格洒脱、直来直去的神秘美女，女校的音乐老师，貌美如花，琴技高超。初遇司徒颜时因洁癖问题产生矛盾，后因认可其刑侦能力而留在其身边成为助理，并最终与司徒颜喜结连理。
未知演员 饰演 金启明：一名记者，实际上是潜伏在司徒颜身边的神秘人物（X）。他自幼被外族人收养，企图破坏和平。在故事中，他操控了一系列案件，最终被司徒颜和骆少川揭露并自杀。
沈羽洁 饰演 邹静萱：骆少川的未婚妻，从小由姨妈带大。在骆少川被怀疑弑父时，她冒着风险寻找骆少川，并告知司徒颜真相，帮助解决了案件。
此外，刘敏、郭贞宇、马睿、宁文彤、姬晨牧等演员也在剧中出演了其他重要角色，共同构成了《大侦探》这部作品的丰富人物群像。
