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《聖女之歌ZERO》中的主要角色由日本知名聲優獻聲配音，包括替《CHAOS;CHILD》來栖乃乃配音的布萊德庫特．莎拉．惠美；為《偶像大師》秋月律子配音的若林直美；及《Re:從零開始的異世界生活》中，為菜月昴配音的小林裕介等多名重量級日本聲優。
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台灣配音則邀請到替《鬥陣特攻》麥卡利配音的夏治世；為《進擊的巨人》多位角色配音的蔣鐵城；演出《我們這一家》、《烏龍派出所》等多部知名作品的配音員林美秀；《涼宮春日的憂鬱》、《BLEACH》等作品主要角色配音的馮嘉德；及擔任《閃電霹靂車》風見隼人配音的杜素真。配音員聲音所散發出的角色魅力，替故事中每位角色詮釋出精準到位的情緒演出。
