Есть утверждение, что прототипом Гринева и Швабрина является один и тот же человек — Шванвич. Между тем Гринев совсем не похож на Швабрина. По первоначальному замыслу героем романа должен был стать дворянин, добровольно перешедший на сторону Пугачёва. Прототипом его был подпоручик 2-го гренадерского полка Михаил Шванович (в планах романа Шванвич), который «предпочел гнусную жизнь – честной смерти». Имя его упоминалось в документе «О наказании смертною казнию изменника, бунтовщика и самозванца Пугачёва и его сообщников». Позже Пушкин остановил свой выбор на судьбе другого реального участника пугачёвских событий – Башарине. Башарин был взят в плен Пугачевым, бежал из плена и поступил на службу к одному из усмирителей восстания генералу Михельсону. Несколько раз менялось имя главного героя, пока Пушкин не остановился на фамилии Гринёв. В правительственном сообщении о ликвидации пугачёвского восстания и наказании Пугачёва и его сообщников от 10 января 1775 года имя Гринёва числилось среди тех, кто вначале подозревались «в сообщении с злодеями», но «по следствию оказались невинными» и были освобождены из-под ареста. В итоге вместо одного героя-дворянина в романе оказалось два: Гринёву противопоставлен дворянин-изменник, «гнусный злодей» Швабрин, что могло облегчить проведение романа через цензурные преграды.

Прототипом Маши Мироновой является дворянка Марья Васильевна Борисова, с которой Пушкин познакомился и общался на рождественском балу 1829 года в городе Старица Тверской губернии. Пушкин был знатоком женских душ и, видимо, простая, наивная и непримечательная девушка всё же произвела на него впечатление своей честностью, открытостью, гордостью и твёрдостью характера. Всеми этими качествами поэт наделил капитанскую дочь Машу Миронову.