巴マミ
中学生離れしたグラマラスな体型と評されることもあるが、アニメシリーズで総作画監督を務めている谷口淳一郎によればキャラクター表で胸が大きく描かれているわけではなく、アニメ本編とは関係のない版権イラストで段々大きくなっていると述べている。
脚本の虚淵からは彼女なりの脆さのあるキャラクターで、無理して頼りになるお姉さん像を取り繕っていると述べられる一方、コミック版『魔法少女まどか☆マギカ』の作画およびスピンオフコミック『魔法少女まどか☆マギカ〜The different stoty〜』の作画とシナリオを担当したハノカゲからは「マミはThe different storyでも自分は弱いとマミ自身を卑下しているが、彼女は事故で両親を失い、魔法少女になっても一人で戦うという、普通なら心が折れてしまうような状況を耐えているので、そんなマミのことをThe different storyの作者である自分は弱い人間だとは思っていない」と述べられている。
第10話では、ほむらの回想として描かれた過去の時間軸の世界において、魔女が魔法少女の成れの果てであることを知ったマミは同士討ちを始めるほか、他の時間軸でもほむら以外の他の魔法少女たちと同様に死亡している。
最終話においては、「全ての魔女を生まれる前に自らの手で消し去る」という決意をしたまどかの前に、佐倉杏子と共に幻覚として現れ、その願いがどんなに恐ろしい願いか理解しているのか、とまどかに覚悟を問う。そしてその覚悟を認めたマミは、第四話でまどかが魔法少女になることを諦めた際、彼女がマミの部屋に置いていったノートを、再びまどかに手渡した。
その後、まどかの願いによって改変された世界では、魔女が存在しなくなったために魔女に殺されたという事実もなくなり、魔獣と戦う日々を送っている。また、さやかが魔獣との戦いの果てに円環の理へと導かれていくのを、ほむら、杏子と共に見届けた。マミ、杏子ともまどかのことは覚えていない。
金髪を縦ロールにしていて、花形のヘアアクセサリーをつけており、制服姿では黒いストッキングに白い靴を履いている。キャラクターデザインを起こした岸田隆宏によると志筑仁美と見た目が被らないよう特徴的な部分が強調されている。キャラクター原案の蒼樹うめは、最初に怖い先輩魔法少女であるかのように登場することを考慮し、少し大人げな顔つきを意図してデザインしたとしている。
企画当初のイメージカラーは赤であったが、蒼樹うめがデザインの原案を描く際に佐倉杏子の色と入れ替わり、魔法少女姿は黄色を基調としたデザインとなっている。ソウルジェムの色はオレンジで、変身時は右側頭部の髪飾りの留め具部分に装着される。魔法少女としての姿は武器(マスケット銃)から連想してデザインされており、中世ヨーロッパの砲撃手をモチーフとした、ブラウスとスカートにベレー帽やコルセットを組み合わせたクラシカルな形状で、縦縞のニーソックスにブーツを履いている。
アニメ本編を普通の魔法少女ものに見せかけるための単なるミスリードとして、アニメ版では必殺技に名前が設定されている唯一のキャラクターとなっており、必殺技のティロ・フィナーレは、イタリア語で「最後の射撃」を意味する。台本の段階では「アルティマ・シュート」と書かれていたが、脚本の虚淵玄としては書き直しになることを想定して付けたものであり、アフレコ収録の前にこれでいいのかと聞いたところ、急遽変更されることになった。
マミの戦闘描写は、テレビアニメの脚本段階では機械的に戦う印象であったが、映像では優雅に踊りながら戦うアクションシーンとなっている。