本作の主人公で、ケロロ小隊の隊長であるケロロ軍曹は、お調子者で飽きっぽい性格ですが、いざという時は頭がキレる一面もあります。しかし、怠け者でガンプラ作りばかりし、身勝手な行動で周囲（特に夏美）に迷惑をかけるため、「自己中心的でイライラする」と感じる視聴者もかなり多いようです。

登場するエピソードは、普段のギャグ調から一転して不気味やシリアスな雰囲気を持つことが多いアリサ＝サザンクロスは、そのミステリアスなキャラクター性が注目されていますが、一部のファンからは「萌え要素を狙いすぎ」「シリアスな設定が作品に合っていない」などの声があがっています。

ヴァイパーは、『ケロロ軍曹』に登場する、ケロン人の宿敵であるヘビ型宇宙人で、ケロン人と過去に戦争をした因縁があり、ケロロ軍曹たちをライバル視しています。いわゆる「噛ませ犬」的な悪役ポジションが多く、毎回のようにケロロたちに返り討ちに遭いますが、他の宇宙人に比べて悪役としての魅力やインパクトが薄く、印象に残りにくいと評価されています。

日向冬樹の同級生で、彼に強い好意を寄せている世界屈指の資産を誇る「西澤グループ」の令嬢である西澤桃華は、キャラクターの執着心（桃華の冬樹への愛、ギロロの夏美への愛）が強すぎるあまり、コメディとして見るか、少し重いと感じるかで好みが分かれています。

ケロロ軍曹の父親は、ケロン軍の「魔鬼（まき）軍曹」と呼ばれる厳格な軍人で、息子であるケロロとは対照的に、非常に厳格で偉大な軍人として知られています。しかしあまりの厳しさと、自分の見栄や都合でケロロを振り回す理不尽さから、一部のファンからは嫌われているようです。

スポーツ万能で、何でもこなす行動派で、自宅に居候するケロロ軍曹には厳しく、よく怒鳴りつけていることが多い日向夏美は、ケロロに対する暴力や仕打ちが「過剰で理不尽」に見えるエピソードに一部のファンから批判が集まっています。特に、ケロロが本当に悪気なく行動している時や、ドロロなど他の無害なメンバーまで巻き添えで怒鳴り散らす姿にファンは不快感を抱いています。

地球の破壊を目的としてやってきた宇宙人キャラクターで、「アンゴル＝パージ」という技を使い、地球を割るほどの巨大な力を秘めていますが、普段は温和で優しい性格です。ケロロがどんなに悪いことやクズな行動をしても、すべてを肯定して味方をするため、被害を受ける夏美やギロロの視点に立つ視聴者からは「ケロロを調子に乗せる原因」「甘やかしすぎてイライラする」と言われています。

ポヨン & ポヤンは、『ケロロ軍曹』に登場する宇宙警察官のキャラクターで、地球（日向夏美など）に対して凶悪宇宙人の捜査や逮捕の協力を依頼するキャラクターとして描かれています。警察官でありながらケロロたちの違法行為やトラブルを全く解決せず、事態を余計にややこしくして去っていくため、一部のファンからは不人気となっています。

世界経済の半分を牛耳る巨大複合企業「西澤グループ」の最高統帥（総帥）である西澤梅雄は、娘の桃華を溺愛するあまり、私財や軍事力を際限なく投入して桃華（および冬樹）の邪魔をしたり、過保護すぎる行動で周囲を大混乱に陥れたりするなど、「大人の権力と財力で理不尽に暴れすぎる」「ギャグとしても度が過ぎていて引いてしまう」という声があがっています。

ドロロ兵長は、ケロロ小隊の暗殺兵で、青い体と、青と白（または灰色）の頭巾。ケロン軍特殊精鋭部隊「アサシン」のトップだった実力者です。基本的には優しく人気のあるキャラですが、過去のトラウマ（ケロロに受けたいじめや裏切り）をいつまでも引きずり、事あるごとに「トラウマスイッチ」が入って泣き崩れます。このお決まりのくだりに対して、「またか」「話が進まなくてうざい」「いつまで根に持っているんだ」と一部のファンから批判があがっています。

カララは、『ケロロ軍曹』に登場する女性ケロン星人（子供）のカララは、活発で子供っぽい性格で、タルルと一緒に地球（ペコポン）へやって来るエピソードなどが描かれています。非常に惚れっぽく、タママ、クルル、ギロロ、ドロロと、小隊のメンバーに次々と一目惚れをしては周囲を引っかき回すなど、子供特有のワガママさと、恋愛沙汰で周囲を大混乱に陥れるトラブルメーカー気質から、「わがまま放題で可愛くない」「純粋にうざい」と不評を買っています。

ダソヌ☆マソは、『ケロロ軍曹』に登場する、実在のミュージシャン「ダンス☆マン」を模した偽者のキャラクターですが、「お笑い」を自称しながら、全く面白くないダジャレやナンセンスなギャグを押し通し、周囲を凍りつかせます。アニメで何度もメイン回が作られたため、「内輪ノリがキツい」「彼の回はテンポが悪くてダレる」と敬遠するファンが続出しているようです。

556（コゴロー）とラビーは、『ケロロ軍曹』に登場する宇宙人（アプル人）の兄妹で、二人名義で「556燃える愛のテーマ」などのキャラクターソングもリリースされています。 556は常に大声で高笑いをしており、周囲の状況を無視して暴走するトラブルメーカーです。この独特で騒がしいノリが「うるさくて苦手」「話が噛み合わなくて見ていて疲れる」という意見があります。また、妹のラビーが毎回「兄がすみません…」と過剰に謝罪する一連の「内輪ネタ」がクドいと言われています。