hipler. Ailenin disfonksiyonel oluşuna rağmen, çoğu bölüm aile üyelerinin ilişkilerini örnek göstermekte ve aile üyelerinden biri, bir diğeri için önem arz etmektedir.

Groening, "Simpsonlar" fikrini James L. Brooks'un ofis lobisinde beklerken düşündü. Brooks, Groening'den bir kısa canlandırma serisi için fikir üretmesini istemişti. Groening de başta kendisinin "Life in Hell" adlı karikatür bandı serisini önermeye niyetlenmişti ama Life in Hell'in canlandırılması için hayatının eserinin yayım haklarının feshedilmesi gerektiğini anlayınca başka bir yol seçti ve kendi yorumu bir bozuk işlevli aile versiyonu geliştirdi. Karakterlere kendi ailesindekilerin —babası Homer, annesi Margaret, kızkardeşleri Lisa ile Maggie— adını verdi. Kendi adı yerine "yumurcak" anlamına gelen "brat" kelimesinin anagramı olan "Bart" ismini tercih etti ve ağabeyi Mark'tan etkilenerek karaktere şekil verdi.

Beş aile üyesini, basit bir tasarım ile çizdi böylece karakterlerin yüzlerindeki duygular, hiç efor sarfetmeden kolayca değişebilmekte ve karakterler, siluetlerinden tanınmaktadır. Groening, sadece temel çizimleri animatörlere gönderdi ve figürlerin, prodüksiyon aşamasında duzeltileceğini sanıyordu, fakat animatörler sadece çizimleri tekrar kopyaladılar. Bu da ilk kısa bölümlerde karakterlerin üstünkörü görünüşleriyle yer almalarına sebep oldu.

Simpson ailesi, 19 Nisan 1987 tarihinde "The Tracey Ullman Show" kısası "Good Night" ile çıkış yaptı. 1989'da, kısalar, Fox Broadcasting Company'de yayınlanmak üzere yarım saatlik altın saatler dizisi olarak "Simpsonlar"'a uyarlandı. Simpson ailesi, bu yeni şovda ana karakterlerle devam etti.

Dan Castellaneta, Julie Kavner, Nancy Cartwright ve Yeardley Smith, karakterlerini "The Tracey Ullman Show"dan beridir seslendirmekteler. Nancy Cartwright, grupta, seslendirme sanatçısı olmak için eğitim almış tek kişidir. Castellaneta ise Chicago'da birkaç seslendirme çalışmasında yer almıştı. Castellaneta ile Kavner, "The Tracey Ullman Show"un düzenli kadrosunun bir parçasıydılar ve kısalar için seslendirmeye ihtiyaç duyulunca, yapımcılar başka aktörler tutmak yerine ikiliden Homer ile Marge'ı seslendirmelerini istemeye karar verdiler. Yapımcılar, Lisa ile Bart rolleri için ise seçmeler yapmaya karar verdi. Yeardley Smith, ilk olarak Bart rolü için seçmelere katıldı fakat casting yönetmeni Bonita Pietila, Smith'in sesini çok tiz buldu. Smith, bu olayı sonradan "Her zaman, daha çok bir kız gibi ses çıkarıyordum. Bart olarak iki satır okudum ve bana, 'Geldiğiniz için teşekkürler.' dendi." diyerek andı. Smith'e Bart rolü yerine Lisa rolü verildi. 13 Mart 1987 tarihinde Nancy Cartwright, Lisa rolü için seçmelere gitti ve seçmelere vardığında Lisa'yı basitçe "orta çocuk" olarak tanımladı ve karakterin o dönem, fazla kişiliği olmadığına inandı. Cartwright, "hilekâr, başarısız, okuldan nefret eden, saygısız, [ve] zeki" olarak tanımladığı ve çok ilginç bulduğu Bart rolü ile daha çok ilgilendi. Matt Groening, Cartwright'a rol için deneme fırsatını verdi ve okuma esnasında, Cartwright'ı duyunca rolü ona verdi.

Homer Jay Simpson, Simpson ailesinin babasıdır. Dan Castellaneta tarafından seslendirilmektedir. Birçok Amerikan işçi sınıfı stereotipini temsil etmektedir, kaba, şişman, beceriksiz, sakar, düşüncesiz ve alkolik sınırında olan birisidir. Olaylar elverdiğinde Homer, zaman zaman bir an için çok zeki ve formda bir tavır sergilemektedir. Sesi, Walter Matthau'dan etkilenerek çıkarıldı fakat yarım saatlik şovun ikinci ve üçüncü sezonları boyunca daha çok gürbüz bir ses olarak gelişti. Homer, en çok sözü geçen kurgusal karakterlerden biri olmaya başladı ve Birleşik Krallık gazetesi "The Sunday Times" tarafından modern zamanın en mükemmel komik yaratılışı olarak tanımlandı. Geniş bir ticari alana ilham verdi ve kızgınlık homurtusu "D'oh", "Oxford İngilizce Sözlüğü"'ne eklendi.

Marjorie "Marge" Simpson (kızlık soyadı Bouvier), Simpson ailesinin iyi niyetli ve aşırı sabırlı annesidir. Julie Kavner tarafından seslendirilmektedir. Sık sık mantığın sesi olarak rol yapmaktadır fakat klişeleşmiş annelerin görüntülerini abartılı davranış özellikleriyle sergilemekte ve diğer eksantrik aile üyelerinin aksine, disfonksiyonel ailesini idare etmektedir. Marge'ın kendine özgü kovan şeklindeki mavi saçı, en dikkat çekici fiziksel özelliğidir. Primetime Emmy Ödülleri'nde, Kavner üçüncü sezonun "I Married Marge" bölümündeki Marge dublajı ile bir Primetime Emmy Ödülü kazandı. "Simpsonlar Sinema Filmi"ndeki performansıyla, Kavner, "Animasyonda En İyi Seslendirme" dalında 2007 Annie Ödülleri'ne aday gösterildi fakat "Ratatouille" filmindeki performansıyla ödülü Ian Holm kazandı. Kavner'ın filmdeki duygusal performansı olumlu yorumlar aldı ve bir eleştirmen şöyle dedi: "Kavner, en içten performansını 
sergiledi." Kavner'ın kontratının bir bölümünde Kavner'ın hiçbir zaman videoda Simpsonlar'ı promosyonunu yapmak zorunda kalmayacağı yazmaktadır ve Kavner, umumi yerlerde nadiren karakterin seslendirmesini yapmaktadır çünkü bunun "illüzyonu ortadan kaldırdığına" inanmaktadır. 2008 yılında CityNews, "Tüm Zamanların En Mükemmel 10 Annesi" adında bir liste yayımladıı ve Marge, listenin sekizinci sırasında yer aldı.

Bartholomew "Bart" JoJo Simpson, ailenin 10 yaşındaki en büyük çocuğudur. Nancy Cartwright tarafından seslendirilmektedir. Bart'ın yaramazlığı, asiliği ve otoriteye karşı olan saygısızlığı en dikkat çeken özellikleridir. Şovun ilk iki sezonu boyunca "Simpsonlar"ın ana karakteriydi. "Bart"ın adı, İngilizce "brat" ("yumurcak") kelimesinin bir anagramıdır. Matt Groening, Tom Sawyer ile Huckleberry Finn gibi karakterlerin uçta olan özelliklerinin tümünün tek bir kişide birleştirilerek Bart'ı, tipik yaramaz çocuk karakterlerin uçta olan versiyonu olarak tasarladı. Groening'in ağabeyi Mark, Bart'a model oldu. Bart'ın en bilinen sözü "Şortumu Ye" (orj. "Eat My Shorts"), orijinal okumaların birinde Cartwright tarafından doğaçlama ile ortaya çıktı. 1998 yılında "TIME" dergisi Bart'ı 20. yüzyılın en etkili 100 kişisi içinde 46. olarak seçti ve Bart, listedeki tek kurgusal karakter oldu. Ayrıca Bart, önceden derginin 31 Aralık 1990 sayısındaki kapağında yer almıştı. Bart'ın isyankâr doğası ve cezadan kaçması, bazı aileler ile muhafazakârlar tarafından çocuklara kötü rol modeli olduğu ifade edildi. Bu, George H. W. Bush'un "Biz, Amerikan ailesini kuvvetlendirmeye çalışıyoruz. [Aileleri] daha çok Waltonlar'a daha az Simpsonlar'a benzeteceğiz." demesine yol açtı. Bart ve diğer Simpson karakterleri, 1990 ile 2001 tarihleri arasında Nestlé'nin Butterfinger şekerlemeleri için çeşitli televizyon reklamlarında yer aldılar.

Lisa Marie Simpson, Simpson ailesinin en büyük kız çocuğudur. Yeardley Smith tarafından seslendirilmektedir. Sekiz yaşında çok zekidir ve şovdaki en zeki karakterlerden biridir. Lisa, genellikle sosyal liberal politik görüşlere sahiptir. Bir vejetaryen ve Özgür Tibet hareketinin bir destekleyicisidir. Hristiyan kilisesinin destekleyicisi iken bir budist olur, Sekiz Aşamalı Asil Yol'u takip etmeye karar verir. "The Tracey Ullman Show" kısalarında, Lisa, daha çok "dişi Bart" gibiydi ve yaramazlıkta onunla aynıydı. Dizinin gelişmesiyle, Lisa, gerçek zekasının tamamen gösterildiği ilk bölümlerden olan "Krusty Gets Busted" bölümü ile daha zeki ve daha duygusal bir karakter olarak geliştirildi. Lisa'ya odaklanan çoğu bölümün bir duygusal yapısı mevcuttur, bunlardan ilki "Moaning Lisa" bölümüdür. Bölümün fikri, Lisa'nın mutsuz olduğu anlatılan duygusal bir bölümün olmasını isteyen James L. Brooks tarafından ortaya kondu. 2001 yılında Lisa, Environmental Media Ödülleri'nde özel bir "Board of Directors Ongoing Commitment Ödülü" aldı. "Lisa the Vegetarian", "En İyi TV Bölümlük Komedi" dalında Environmental Media Ödülü ve "En İyi TV Komedi Dizisi" dalında bir Genesis Ödülü kazandı. Japonya'da, dizinin yayıncıları diğer dizilerin aksine bu dizide izleyicilerin dikkatini, Lisa karakterini piyasaya sürerek çekebileceklerini keşfettiler. Lisa'nın iyi niyeti ama bir o kadar da kötü kaderiyle, mantığın sesi, ailesinde ve şehirde iyiliğin gücü olması Japonlarla güçlü bir bağ oluşturmasına sebep olmuştur.

Margaret "Maggie" Simpson, Simpson ailesinin en genç üyesidir ve her daim bir bebek olarak görünmektedir. "The Tracey Ullman Show" kısalarında tamamen dikkat çekmekteydi, bazen Bart ve Lisa ile birlikte ön plana çıkardı fakat sonradan Simpson ailesinin beş ana üyesi içinde en az görünen ve duyulan karakteri olmaya başladı. Maggie'nin üstün artistik yetenekleri olduğu ortaya çıktı. Karakter, nadiren konuşmaktadır ve Jodie Foster, Elizabeth Taylor, James Earl Jones, Harry Shearer, Yeardley Smith ve Nancy Cartwright gibi farklı aktörler tarafından seslendirildi.

Santa's Little Helper, Simpsonlar'ın evcil tazısıdır. Önceleri Frank Welker tarafından seslendirilirken şimdiyse Dan Castellaneta tarafından seslendirilmektedir. İlk defa dizinin prömiyerinde Homer ile Bart tarafından sahiplenilen bir yarış köpeği olarak göründü ve o zamandan beridir şovda yer almaktadır.

Snowball II, Simpsonlar'ın ev kedisidir. Dizi boyunca birçok Snowball adında kedi dizide yer aldı. Snowball I, sadece flashback ve rüyalar serisinde kısaca göründü fakat birçok defa kendisinden bahsedildi. Snowball II, Snowball neslindeki ikinci kedidir fakat "I, D'oh-Bot" bölümünde öldürüldü. Lisa, Snowball III ve Coltrane (Snowball IV) ile Snowball II'nin yerini değiştirmeye teşebbüs eder fakat onlar da kazalarda ölür. Crazy Cat Lady görünür ve Lisa'ya atlar ardından Lisa tarafından hemen sahiplenilir ve Snowball V olarak adlandırılır fakat ismin yazıldığı yeni bir tabağa çok fazla para harcamayı önlemek ve tüm bu kazaların hiç olmadığını farz etmek için kediyi Snowball II olarak çağırmaya karar verir. Snowball V, ailenin şu anki ev kedisidir.

Abraham "Grampa" Simpson, Simpson ailesinin patriğidir ve Homer'ın babasıdır. Dan Castellaneta tarafından seslendirilmektedir. Sonradan Springfield Emekliler Yurdu'na gönderilen bir II. Dünya Savaşı gazisidir. Uzun gezi öyküleri ve "Matlock