Dra. Meredith Grey es el personaje principal de esta serie coral. Es una médico brillante, guapa y que se implica emocionalmente con los pacientes, lo que le suele acarrear problemas y sufrimiento.
Se enamora del Dr.Derek , lo que dará lugar a una historia de amor con altibajos y muy complicada. Trabajan en el mismo hospital y tanto ella como él, a pesar de estar enamorados, sienten miedo en determinadas fases de la relación.
Los problemas con su madre también formarán parte del eje central argumental de Meredith Grey.
 
Ellen Pompeo es la actriz que encarna a Meredith Grey, nació el 10 de noviembre de 1969 en Everett, Massachusetts. En Nueva York donde se fué a vivir y a trabajar de camarera, un agente de artistas le propuso trabajar y ella rapidamente vío que le gustaba la interpretación. Tuvo pequeñas apariciones en series de televisión y películas, hasta que encaminó su carrera gracias a Anatomía de Grey. Ha estado nominada a un globo de oro como mejor actriz.

Dr.Derek Sepherd es un atractivo neurocijurano que deja Nueva York y se muda a Seattle, en parte , por los problemas que tiene con su "todavía mujer" Addison. En el hospital conoce a Meredith Grey de quién se enamora, pero esta historia no se puede resumir tan facilmente.
Patrick Dempsey es el actor que encarna al Dr.Derek, recientemente fue la co-estrella de la serie de HBO Iron Jaewd Angels. En el 2001 tuvo una nominación en los premios Emmy por su interpretación de Aaron Brooks en la aclamada serie de televisión Once and Again. Sus participaciones en miniseries y películas para la TV incluyen: FK: Reckless Youth, A Season in Purgatory, Blood Knot, The Right to Remain Silent, Shallow Grave, Blonde, 20,000 Leagues Under the Sea, con Michael Caine.
Reconocido disléxico, Dempsey ha estado casado dos veces y tiene una hija de su último matrimonio.

Cristina Yang es una competitiva y brillante doctora, un poco neurótica. Siempre quiere ganar en todo, no sólo en la medicina. Antes de venir a Seattle vivía en California y se había licenciado por la Universidad de Standford. Tan segura y arrogante es dentro del hospital , como insegura y caótica lo es fuera.
Sandra Oh es la actriz que interpreta a Cristina Yang, nació el 20 de julio de 1971 en Ontario, Canadá. Es una actriz coreana-canadiense. Oh es una de las actrices más respetadas de Canadá y recientemente ha obtenido un Globo de Oro como mejor actriz secundaria de televisión.Trabajó como bailarina y estudió en la Escuela Nacional de Teatro de Montreal. Pronto pasó a protagonizar una teleserie canadiense y obras teatrales en Londres.

George O´Malley es un interino tímido y algo acomplejado. Al llegar todos piensan que es homosexual, pero él está enamorado desde el primer momento de Meredith Grey, lo cual le traerá bastantes quebraderos de cabeza.
Theodore Raymond Knight nacio en 1973 en Minnesotta,comenzó a actuar con sólo cinco años en el Guthrie Theater. Ha participado en varios musicales de Broadway y Off-Broadway, y en la película "Garmento". Su papel de George O'Malley en Anatomía de Grey le ha supuesto su mayor éxito hasta el momento.

Izzie Stevens, es la más atractiva del hospital, y ser doctora y atractiva no es una buena mezcla en una sociedad machista. Además, se pagó la carrera posando como modelo de ropa interior, y sus compañeros rapidamente lo descubren. A pesar de ello consigue hacerse valer, aunque pasará por muchísimos problemas en el hospital debido a su carácter humanitario.
Katherine Heigl comenzó su carrera como modelo, y sus primeras apariciones en televisión fueron con sólo 12 años. Su debut en la gran pantalla fue en la película Aquella Noche filmada en 1992, tiempo después en la pequeña pantalla le llegaría otro éxito con la serie Roswell en la que daba vida a la explosiva Isabel.

Alex Karev, tiene una coraza puesta. Es borde y altivo, siempre marca las distancias tanto con sus compañeros interinos como con los pacientes. Es duro y directo. Al llegar cae mal a todos, pero poco a poco se va descubriendo que no es una mala persona y se va abriendo al resto de compañeros.
Justin Chambers es el actor que encarna a Alex Karev, nació el 11 de julio de 1970 en Estados Unidos.Comenzó su carrera como modelo, participando para una campaña de Calvin Klein. Posteriormente, se trasladó a Nueva York donde estudió interpretación. Está casado y tiene cinco hijos.

Addison Sepherd, llegó desde Nueva York para que su marido la perdone. Le engañó con su mejor amigo, pero ella le quiere.El director del hospital Webber quiere que se quede en el Seattle Grace como cirujana de maternidad. Una buena oportunidad profesional y personal.
Kate Walsh es la actriz que encarna a Addison Sepherd, una de las mejores actrices del reparto sin lugar a dudas, nacida en California en 1967, su primera aparición en televisión fue en la series Day one y Urgencias en 1994. Desde entonces su actividad profesional no ha parado y ha salido en series como Ley y orden, o CSI y películas del tipo de Kicking & screaming o Inside Nepless. Ahora protagoniza un spin off de Anatomía de Grey: Private Practice.