 | Paul Reubens als Pee-wee Herman |
 | Elizabeth Daily als Dottie |
 | Mark Holton als Francis |
 | Diane Salinger als Simone |
 | Judd Omen als Mickey |
 | Irving Hellman als Mr. Crowtrey |
 | Monte Landis als Mario |
 | Damon Martin als Chip |
 | David Glasser als BMX Kid |
 | Gregory Brown als BMX Kid |
 | Daryl Keith Roach als Chuck |
 | Bill Cable als Policeman #1 |
 | Peter Looney als Policeman #2 |
 | Starletta DuPois als Sgt. Hunter |
 | Professor Toru Tanaka als Butler |
 | Ed Herlihy als Mr. Buxton |
 | Ralph Seymour als Francis' Accomplice |
 | Lou Cutell als Amazing Larry |
 | Raymond Martino als Gang Member |
 | Erica Yohn als Madam Ruby |
 | Bill W. Richmond als Highway Patrolman |
 | Alice Nunn als Large Marge |
| Ed Griffith als Trucker |
 | Simmy Bow als Man in Diner |
 | Jon Harris als Andy |
 | Carmen Filpi als Hobo Jack |
 | Jan Hooks als Tina |
| John Moody als Bus Clerk |
| John O'Neill als Cowboy #1 |
| Alex Sharp als Cowboy #2 |
| Chester Grimes als Biker #1 |
 | Luis Contreras als Biker #2 |
| Lonnie Parkinson als Biker #3 |
| Howard Hirdler als Biker #4 |
 | Cassandra Peterson als Biker Mama |
 | Jason Hervey als Kevin Morton |
| Bob McClurg als Studio Guard |
 | John Paragon als Movie Lot Actor |
 | Susan Barnes als Movie Lot Actress |
| Zachary Hoffman als Director |
 | Lynne Marie Stewart als Mother Superior |
| George Sasaki als Japanese Director |
 | Richard Brose als Tarzan |
| Drew Seward als Kid #1 |
| Brett Fellman als Kid #2 |
| Bob Drew als Fireman |
| John Gilgreen als Policeman at Pet Shop |
| Noreen Hennessey als Reporter |
 | Phil Hartman als Reporter |
| Michael Varhol als Photographer |
| David Rothenberg als Hobo |
 | Patrick Cranshaw als Hobo |
 | Sunshine Parker als Hobo |
| Gilles Savard als Pierre |
 | James Brolin als Self - as "P. W." |
 | Morgan Fairchild als Self - as "Dottie" |
 | Tony Bill als Terry Hawthorne |
 | Dee Snider als Self (as Twisted Sister) |
 | Milton Berle als Self (uncredited) |
| Terry Bolo als Biker Chick (uncredited) |
 | Tim Burton als Thug in Alley (uncredited) |
| Manuel Benitez als BMX Kid #0 |
| Victor J. Kemper | Director of Photography |
| Tim Burton | Director |
| Danny Elfman | Original Music Composer |
| Michael Varhol | Writer |
| Paul Reubens | Writer |
| Wallis Nicita | Casting |
| William E. McEuen | Executive Producer |
| Robert Shapiro | Producer |
| Billy Weber | Editor |
| Richard Gilbert Abramson | Producer |
| Phil Hartman | Writer |
| David L. Snyder | Production Design |
| David L. Snyder | Art Direction |
| Thomas L. Roysden | Set Decoration |
| Paul Reubens | Set Decoration |
| Aggie Guerard Rodgers | Costume Design |
| David Silver | Unit Production Manager |
| Robert P. Cohen | First Assistant Director |
| Robert Engelman | Second Assistant Director |
| Harvey Waldman | Second Assistant Director |
| Jan Kemper | Script Supervisor |
| Willie E. Simmons, Jr. | Second Second Assistant Director |
| Bob Badami | Music Editor |
| Cecelia Hall | Supervising Sound Editor |
| David B. Cohn | Supervising Sound Editor |
| Corey Michael Eubanks | Stunts |
| Steve Mack | Stunts |
| Bob Herron | Stunts |
| Troy Melton | Stunts |
| Angelo Lamonea | Stunts |
| Salomon I. Marx | Stunts |
| Russell Solberg | Stunts |
| J.P. Amateau | Stunts |
| Pat Romano | Stunts |
| Fred Scheiwiller | Stunts |
| Jeff Imada | Stunts |
| Mary Albee | Stunts |
| Marian Green | Stunts |
| Denise Horta | Sound Editor |
| Joseph A. Ippolito | Sound Editor |
| David Pettijohn | Sound Editor |
| Claudia Finkle | Assistant Editor |
| Irene Bowers | Assistant Sound Editor |
| Petur Hliddal | Production Sound Mixer |
| Roger Pietschmann | Boom Operator |
| Terry Porter | Sound Re-Recording Mixer |
| David J. Hudson | Sound Re-Recording Mixer |
| Neil Brody | Sound Re-Recording Mixer |
| Robert C. Thomas | Camera Operator |
| Bill Roe | First Assistant Camera |
| Mario Zavala | Second Assistant Camera |
| Sam Mercer | Location Manager |
| Chuck Gaspar | Special Effects Supervisor |
| Joe Day | Special Effects Coordinator |
| James E. Tocci | Set Designer |
| Margie Stone McShirley | Assistant Art Director |
| Gaylin P. Schultz | Key Grip |
| Audie Aragon | Best Boy Grip |
| Bernie Schwartz | Dolly Grip |
| Earl Gilbert | Gaffer |
| Patrick Marshall | Rigging Gaffer |
| Paul Baxley | Stunt Coordinator |
| Bruce J. Gfeller | Construction Coordinator |
| Jeff Freedman | Unit Publicist |
| Peter Sorel | Still Photographer |
| Steven M. Levine | Property Master |
| David Q. Quick | Assistant Property Master |
| Don Vargas | Costumer |
| Sandy Berke Jordan | Costumer |
| Frank Griffin | Makeup Artist |
| Linda Trainoff | Hairstylist |
| Randy Peters | Transportation Coordinator |
| Tino Caira | Transportation Captain |
| Mario Simon | Transportation Captain |
| Donah Bassett | Negative Cutter |
| Richard Ritchie | Color Timer |
| Anthony Goldschmidt | Title Designer |
| Steven Lambert | Stunt Double |
| Eurlyne Epper | Stunts |
