普段着は着物に袴、さらしを巻いて前を大きくはだけている。着物の色はTV第1シリーズでは薄い紫、TV第2シリーズ・PartIII・TVスペシャルでは灰色または白、TV第4シリーズではピンク、PART5では黄色とシリーズごとに異なっている。足下は素足に雪駄である。この服装は南極・北極といった極寒地でもあまり変わることがない。改まった場では紋付きを着ることもある。なお、愛用の下着は褌（越中）である。顔は常に真剣な表情でいる。百地三太夫、自然先生など、師匠とされる人物は何人かいるが、過去のことはほとんど語られておらず、家族や出生についても謎が多い。だが『TV第2シリーズ』では、母親は熱心な観音様の信者だったと語っている他、台詞の中で「おばあちゃん」なる人物について語ったこともある。第六感が鋭く、その勘や稀に行う占いはほぼ100%当たる。気配にも聡く、敵や危険に一番初めに気付くことも多い。だが、その分直感的に行動することも少なくないため、罠や策略に嵌り易い側面もある。どのような理由があっても嘘をつくのを嫌がるという生真面目ぶり（『新ルパン三世』第51話）で、劇画を知らないという世間知らずな一面もある（同第50話）。他人や自分が興味のない人間の悪口はズバッという一方で、自分や斬鉄剣、自分が好意を寄せている人間を悪く言われるとすぐに逆上する、実はかなり短気で自分勝手な性格。更に斬鉄剣が折れたりボロボロになったりすると、自分が未熟であると思い込んで勝手に修行に出かける。ストイックなまでに強さを追い求める姿勢は、映画『七人の侍』に登場する久蔵がもとになっている。また歌舞伎や任侠映画を見るのが好きで、自らの先祖である石川五右衛門や『忠臣蔵』の歌舞伎を見て感涙したこともあるほど。彼にとって初代石川五右衛門は尊敬すべき先祖であると同時に、ルパンにとっての祖父同様大切な存在であるようで、先祖の浮世絵が絡む仕事を無報酬で引き受けたり、先祖が敗れた泥棒合戦を鼠小僧の子孫と共にやり遂げようとしたりなど、行動の上で先祖の存在が強い動機になることも少なくない。劇中では平泉にある先祖の墓参りに向かうシーンも登場している。良く言えば信心深く、悪く言えば迷信深い一面があり、『TV第2シリーズ』第7話「ツタンカーメン三千年の呪い」でツタンカーメンの黄金マスクを盗んだ時には「呪いがあるのではないか」と心配したり、斬鉄剣に浮かんだ曇りをみて「不吉だ」と仕事を断ったりもしている。しかし、TVスペシャル『盗まれたルパン 〜コピーキャットは真夏の蝶〜』では盗む理由を聞いた際、ルパンにブルズ・アイの呪いについて「怖いんだろ五右衛門」と言われて、「拙者はそんな迷信は信じておらん」とも言っている。作中では崖の上や塔の先端といった高い場所にいる描写が多く、常人離れしているルパンファミリーの中でも群を抜いて身軽さや体幹バランスに優れている。また、手刀で岩を砕き巨大な大仏の彫刻を作製したこともある。筋金入りといってもよいほどの日本文化への強い執着があり、宗教は代々日本神道の家系であり、「生あるものは必ず死ぬ」「諸行無常」などのセリフや、「悟り」を開くことを目標とするなど仏教の影響も多く見られる。普段から食事は日本食しか食べようとしないなどの頑固な面があるが、『TV第2シリーズ』ではルパンたちと共にパスタを食べていたり、次元と洋風な肉料理を食べていたりと、『PART5』でもレベッカが用意したピザを食べるなど用意されたものなら日本食以外も食べることがある。ただ、日本食は大好きらしく味噌汁とたくあん恋しさ故に他の食事がのどを通らず、味噌とたくあんを買いに不二子を日本に行かせたり、「バルセロナに来れば日本料理の店があるかも知れん、と言ったのは誰だ」とルパンに嫌味を言ったりしている。ハンバーガーやホットドッグを拒否してスーパーマーケットでカップそばを買いに行く時もある。『TV第2シリーズ』第145話「死の翼アルバトロス」にてすき焼きの具でもある牛肉を大量に食した際にはルパンに「ネギ食え、ネギ! 日本人だろうが」と突っ込まれた。TVスペシャル『ワルサーP38』で2週間豆の缶詰だけで生活したときには、久しぶりのご飯と梅干しに感涙していた、また同じ作品では飛行船の爆弾の解除のためにコードを切る時赤か青かで迷っていた中、次元・不二子を押しのけて赤を斬鉄剣で切り解除に成功したが赤を切った理由は「梅干しの色だから」というものであった。また、自分で茶を点てたり、茶請けに羊羹を食べたりもしている。さらに『お宝返却大作戦!!』ではスペインに行ったときはルパンに日本茶を買ってくるよう頼んだが売っておらず、仕方なく買ってきたスペイン茶のにおいが気に入らずルパンに押し付けていた。また、アジトの近くにあった喫茶店からそば粉を譲り受け、自らそばを打ってなし崩し的な形で銭形に振舞ったこともある。ギャンブルは嫌いではないようで、次元の勧めで行ったラスベガスのカジノで大儲けをしたこともある。スロットマシンで散財した描写が描かれたこともあるが、逆に、非常に優れた動体視力（詳しくは後述）を活かし、スロットを狙い通りに止めてみせるという技を披露したこともある。トランプや麻雀も好きなようで、『TV第2シリーズ』第152話「次元と帽子と拳銃と」の冒頭ではルパンとババ抜きをしている場面がある（その際はかなり楽しんでいた）。またTVスペシャル『アルカトラズコネクション』では、「金があってこその人生だ」と発言したことや、清楚な雰囲気を漂わせるイカサマ宗教の美人導師に騙され、稼いだ金を持ち逃げされてしまったこともある（TVスペシャル『1$マネーウォーズ』より）。アニメでは自らすすんでタバコを吸うシーンはないが、口に挿し込まれて吸ったことはある。次元からタバコをもらい吸ったこともあり、『PART5』のエンディングでも夢とはいえ、タバコを幸せそうに吸っている姿が描かれ、原作ではたまに煙管をふかしているため、非喫煙者ではない模様。酒は日本酒を好むが、ビールを飲むという情景もみられる。『TV第2シリーズ』第61話「空飛ぶ斬鉄剣」では不二子が差し入れに持ってきたバーボンを「洋酒は薬臭くていかん」と嫌っていたものの口にすると気に入り盛られていた睡眠薬で泥酔するまで何杯もお代りしている。しかし『TV第4シリーズ』でレオナルド・ダヴィンチが用意した洋酒を不二子が注ごうとした際、断ったり、『PART5』ではルパンと次元がビールに対し、日本酒を用意するなど今でもあまり積極的に飲もうとはしない。「常に和服」「古風な口調や思考」「常人離れした居合の技」「女性が弱点」など、アニメが進むにつれ非常に特徴的な性格設定が施された（『PartIII』に至っては稀に語尾に「〜じゃ」が付く）。特にTVスペシャルがスタートした平成以降のアニメ作品では、盗みより修行を優先するという武士道精神を重んじる描写や、女性に恋をしたり騙されたりという純情さを描いた描写が、多く描かれるようになっている。変装時などは、ごくまれに洋服を着ることもある。TVスペシャル『アルカトラズコネクション』のエンディングでは、珍しくプライベートで洋服を着ていた（オープニングでは、カジノのディーラーに変装していた）。なお正装時は黒の紋付袴だが、きっちりと着こなしており西洋風の中で特に浮いている様子は無い（時と場所を選ばず色物を好むルパンや、常に帽子をかぶっている次元の方がよほど浮いている）。変装はルパンや次元ほどはしないが、女装も含めて必要な場合には普通にしている（服を着替える程度の場合が多く変装用マスクを被る事は稀である）。また漫画版『ルパン三世S』、『ルパン三世Y』や『ルパン三世M』、『ルパン三世H』、『ルパン三世B』などにおいても、ほぼ、このアニメの性格設定に準拠したキャラクターとなっているが、アニメ同様、作品による容貌の違いが大きく、特に『ルパン三世Y』ではかなりの美男子として描かれている。一人称は作品によってばらつきが大きい。原作漫画版では「俺」、『TV第1シリーズ』や『TV第4シリーズ』『PART5』では「某（それがし）」、劇場版『ルパンVS複製人間』では「私」、これらを除く『TV第2シリーズ』以降は「拙者」もしくは「某」を主に使っている（「私」や「俺」の場合もごくわずかだがある）。キャラクター変貌の一片と見ることもできる（オリジナル小説では、「みども」を使っているものがある）。また、ルパン三世のことは「ルパン」、次元大介のことは「次元」、峰不二子のことは「不二子殿」と呼んでいるが作品によっては「不二子殿」と呼んでおり、初登場時は｢不二子ちゃん｣と呼んだこともある。銭形警部のことは「銭形」と呼んでいるが作品によっては「銭形殿」「警部」「警部殿」、『TV第2シリーズ』のみは「とっつぁん」などと呼ぶこともある。銭形に関しては、ルパンと同じく敵ながら親しみに似た感情を抱いているようで、『TV第2シリーズ』第98話「とっつぁんのいない日」では、ルパンによって銭形が殺害されたと報じられた新聞を見て、「貴様を見損なった」とする発言をしている。とはいえ、その後に「銭形殿が、さぞご無念であったろうと思い…」とルパンと次元の危機に駆けつけ、二人の窮地を救っている。『ルパン三世 princess of the breeze 〜隠された空中都市〜』ではラームのために二度に渡って日本に帰りでんでん太鼓や金平糖を買ってくる、『ルパン三世VS名探偵コナン THE MOVIE』ではアジトに来た少年探偵団に（睡眠薬入りとはいえ）お茶を出してもてなすなど子供好きな一面も見られる。宮崎駿は劇場版『カリオストロの城』当時のインタビューで、五ェ門のことを「悟り澄ました顔をしているが、結局人斬りの快感が忘れられない俗物」と評している。