El reparto original de "NCIS" incluyó a Mark Harmon, Michael Weatherly, Pauley Perrette, David McCallum y Sasha Alexander. Sean Murray y Brian Dietzen actuaron como personajes recurrentes en la primera temporada del programa, pero fueron eventualmente promovido a papeles protagonistas.
"NCIS" se estrenó en septiembre de 2003 y siempre ha sido uno de los programas más populares de la televisión. A partir de junio de 2015, los miembros originales del elenco Mark Harmon, Michael Weatherly, Pauley Perrette y David McCallum continúan siendo los actores principales de "NCIS". Sasha Alexander fue uno de los actores principales de las dos primeras temporadas del programa, pero ella dejó el programa después de la segunda temporada. Alexander repitió su papel como estrella invitada en la tercera y octava temporada de "NCIS".
Algunos actores comenzaron el espectáculo interpretando roles más pequeños, pero recibieron papeles grandes cuando "NCIS" se convirtió en un éxito. Sean Murray, quien interpretó a un personaje recurrente en la primera temporada, fue ascendido a serie regular en la segunda temporada. Brian Dietzen fue promovido al elenco principal en la décima temporada, después de haber servido como un personaje recurrente durante las primeras nueve temporadas. Aunque no forman parte del elenco original, actores como Rocky Carroll, Cote de Pablo y Lauren Holly se han agregado al elenco de "NCIS" en el transcurso del espectáculo.
