幼少時からオカルト、超古代文明、未確認動物や宇宙人といった話題に並々ならぬ関心を示し、「学校の宿題より大事」とか「運動会をやるならオカルト大会も開くべき」「オカルトは自分のすべて」と発言するほどのオカルト好きで、原作・アニメ共にオカルトクラブを作るほどである。アニメでは『モンスター大百科』という本がきっかけでオカルト好きになった。オカルト界では小学生の頃からちょっとした有名人で、どこか学者のような言動を見せる。オカルトに対する好奇心の強さはアンチバリアの効力をなくし、日向家に侵入したケロロを見抜けるほどである。自他共に認めるオカルトマニアだが、オカルトなら何でも妄信しているというわけではない。星座占いを「大雑把すぎる」と評したり、心霊写真を「ごっこ」と言い切りほとんど信用していないなど、論理的・科学的な考察に基づく理論・実証を優先するタイプであり、非理論的な説を騒ぎ立てるのは嫌っている。このため、捏造写真を多用する吉祥学園新聞部とは対立が絶えない。数多くのオカルト知識を活かして怪談話をするのが非常に上手く、クルル作成の「恐怖BOX」よりも怖かった（恐怖カウンターの反応より）ため、かつて夏美が恐さの余りに気絶してしまい「二度とやるな」と言ったほどである。ただし霊感は全くなく、自身は霊的な体験をしたことがない。この点でもオカルト否定派でかなりの霊感体質の夏美と対照的であり、冬樹は夏美が霊感を持っている事をうらやましく思っている。
非常に穏和な平和主義者で、友情を大切にする性格。ケロロがこの世から消滅してしまいそうになった際本気で泣いたり（アニメ第23話）、ガルル小隊によってクローンと入れ替えられ記憶を抹消されそうになった時には、友達にして家族のような存在のケロロを最後まで守り抜く為に敵わない事を承知でガルル達の前に現れたり（原作第83話）、ガルルによって記憶と思い出を消去され本来の冷酷残忍な性格になってしまった時も泣きながらケロロのことを信じていると訴え続けた（アニメ第103話）など、そのことが伺えるエピソードは多い。また周囲が大騒ぎしているなかで悠然と（のほほんと）しているなど、冷静（あるいはマイペース）な人物でもある。ただしオカルトが関係すると目の色が変わり、新しい宇宙人（特にケロロの仲間）の来訪を聞くと興味を示す。オカルトに関しては下記を参照。幼少の頃は現在と違い、やんちゃな性格だった。体が子供に戻ってしまう話では、わがままで暴力的な性格も描かれ、ケロロたちを翻弄してしまう。また、「（国会を征服して）日向冬樹帝国を作る」とか「世界征服する」というのが、将来の夢だったらしい。とはいえ、世界征服したら「おもちゃ屋のおもちゃを無料にする」あるいは「良いおもちゃのみ売る」ことによって、「みんなが楽しく暮らせるようにする」とされていることなどを見ると、幼少の頃から根は優しい性格だった様子である。
髪と瞳の色は青みがかった黒（または紺色）で髪にはアホ毛がかかっており、後頭部の髪の先端が尖っている。原作第三話まではアホ毛が太いものと細いものの2本があったが、第四話以降では1本になっている。外見も初期の物と現在の物とではかなり作風が変わっている。また、このアホ毛と紺色の髪は母親・秋譲りである。身長は152.5cm、体重は45kg。
上記のように、冬樹には夏美という姉が一人いる（詳細は日向夏美を参照）。この姉弟には対照的な面（具体例は下記に記述）がいくつかあり、たまに喧嘩もするが総じて姉弟の仲は良好である。原作単行本の人物相関図において、12巻までは夏美に対して冬樹は「絶対服従」とされているが、本編を見る限り適切ではない。13巻からは夏美との関係が「ケンカしたり、ささえあったり」という言葉に変わった。夏美のことは「姉ちゃん」と呼んでいる。
ケロロの居候している日向家の長男で、彼のパートナー。夏美という姉がいる。この作品における準主人公的な存在。ケロロから没収したケロボールの管理をしている。小学4年生のときに四鷹小学校へ転校という形で入り（原作第146話より）、その後吉祥学園中等部へ入学し、現在は同校の1年B組である。部活動はオカルトクラブに所属している。なお、原作では当初小学6年生だったが、アニメでは初めから中学1年生である。一人称は「僕」（ボク）。
日向 冬樹（ひなた ふゆき）は、吉崎観音作の漫画『ケロロ軍曹』およびその関連作品に登場する架空の人物。アニメ版の声優は川上とも子（初代）→桑島法子（2代目）。声優の交代に関しては後述する。
カートゥーンネットワークの看板キャラクターとしても名高いクレイグ・マクラッケンの『パワーパフガールズ』を原作とし、4クール全52話が放送された。カートゥーンネットワークは東映アニメーションに、「アジア版パワーパフガールズを作って欲しい、だから原作を気にせず自由に作って欲しい」と要望した。これを受けた東映アニメーションのプロデューサーが出したコンセプトは『エロカッコイイ』であり、そのためプロモーション用ポスターと映像が、原作では二頭身でポップな絵柄であった作風とは、まったく違うものであった。2005年にパイロットフィルムが制作された。2006年7月からテレビ東京系列で本作がスタートした本作のシリーズディレクターは、テレビアニメ『一休さん』で総作画監督を務めた動画工房のベテランアニメーター・石黒育が担当。このため、動画工房も各話協力の形で制作に携わった。キャラクターデザインには、『セーラームーン』の作画監督や『キューティーハニーF』のキャラクターデザインを担当したしもがさ美穂が起用された。他にもしもがさをはじめ、佐藤元なども多数参加している。なお、シリーズ構成を浦沢義雄が担当しており、全体的にシュールな世界観となっている。シリーズ序盤の作風は比較的おだやかであるが、少しずつテンポアップしていき、シリーズ中盤から終盤にかけては本家のオマージュやパロディ、小ネタを多く取り入れるまでになった。特に後期オープニングアニメーションにはそれが最も表れた形になっている。また、ダンスを連想させる変身バンクは『おジャ魔女どれみシリーズ』に参加していた長峯達也や冨田与四一によるものになっている。また、この作品のコミカライズ版が『りぼん』2006年8月号から2007年7月号まで連載された。作画担当は込由野しほ。世界観はテレビアニメ版に準じているが、ストーリーと一部キャラクターはオリジナルとなっている。