• Tom Hanks sebagai Woody
• Tim Allen sebagai Buzz Lightyear
• Joan Cusack sebagai Jessie
• Ned Beatty sebagai Lots-O'-Huggin' Bear
• Don Rickles sebagai Mr. Potato Head
• Blake Clark sebagai Slinky Dog
• Wallace Shawn sebagai Rex
• John Ratzenberger sebagai Hamm
• Jodi Benson sebagai Barbie
• Michael Keaton sebagai Ken
• Estelle Harris sebagai Mrs. Potato Head
• Jeff Pidgeon sebagai Squeeze Toy Aliens
• John Morris sebagai Andy
• Bud Luckey sebagai Chuckles
• Teddy Newton sebagai Chatter Telephone
• Timothy Dalton sebagai Mr. Pricklepants
• Jeff Garlin sebagai Buttercup
• Bonnie Hunt sebagai Dolly
• Kristen Schaal sebagai Trixie
• Emily Hahn sebagai Bonnie
• Beatrice Miller sebagai Molly
• Laurie Metcalf sebagai Mrs. Davis
• R. Lee Ermey sebagai Sarge
• Lori Alan sebagai Bonnie's Mom
• Whoopi Goldberg sebagai Stretch
• John Cygan sebagai Twitch
• Jack Angel sebagai Chunk
• Jan Rabson sebagai Sparks
• Richard Kind sebagai Bookworm
• Charlie Bright sebagai Peaty, Young Andy
• Amber Kroner sebagai Peatrice
• Brianna Maiwand sebagai Peanelope
• Lee Unkrich sebagai Jack-in-the-box
• Javier Fernandez-Peña sebagai Spanish Buzz
• Erik von Detten sebagai Sid
• Jack Willis sebagai Frog

Beberapa watak lain yang ditulis keluar dari jalan cerita dengan dijual atau dibuang selepasToy Story 2 ( mereka kembali dalam filem ini hanya di rakaman arkib dan sebagai watak latar belakang ).

Watak Slinky Dog muncul dalam limbo selepas kematian pelakon suaranya Jim Varney pada tahun 2000, tak lama selepas Toy Story 2keluar. Pelakon veteran Blake Clark dipilih untuk peranan itu. Selepas Clark memegang peranan Slinky Dog, pengeluar kemudian mendapati bahawa Clark dan Varney telah secara kebetulan menjadi teman dekat, membuatkan peralihan suara menjadi lebih mudah.