Kyōya Onodera hat unordentliches blaues Haar und azurblaue Augen. Er trägt zunächst eine marineblaue Schuluniform mit lockerem Kragen und wechselt nach einem bedeutenden Zeitsprung zu einer marineblauen Wachmannuniform; sein Aussehen bleibt unverändert, da er nicht altern kann.

Anfangs distanziert und einschüchternd, ist Kyōya sozial unbeholfen, sehnt sich aber aufrichtig nach Freundschaft, obwohl er Schwierigkeiten hat, Verbindungen aufzubauen. Er verwendet veraltete Begriffe wie „omae-san“, hat nur begrenzte Kenntnisse moderner Slangausdrücke und bevorzugt Retro-Videospiele und Idol-Musik. Seine logische, analytische Natur ermöglicht ihm außergewöhnliche deduktive Fähigkeiten, mit denen er verborgene Details wie Beziehungen von Klassenkameraden oder verdächtige Aktivitäten aufdeckt. Er führt akribische Tagebücher, um die Nachteile seiner Begabung auszugleichen.

Kyōya wurde von einer talentierten Mutter geboren, die unter mysteriösen Umständen starb, und einem Vater, der bei einem Autounfall ums Leben kam. Verwandte lehnten das Sorgerecht ab, sodass er und seine jüngere Schwester Rin in Armut selbstständig leben mussten. Er arbeitete in mehreren Jobs, um Rin zu unterstützen, bis sie weglief, nachdem sie heimlich seine Tagebücher bearbeitet hatte, um alle Hinweise auf sich selbst zu löschen – in der Hoffnung, er würde sie aufgrund seines Gedächtnisverlusts vergessen. Sein späterer Wechsel zur Inselschule zielte darauf ab, Rin zu finden, die Jahre zuvor dort verschwunden war.

Seine primäre Fähigkeit ist Unsterblichkeit, die ihm schnelle Regeneration von tödlichen Verletzungen wie Explosionen, Vergiftungen oder Traumata ermöglicht – obwohl er den vollen Schmerz empfindet. Ein großer Nachteil ist, dass er sich an nichts erinnern kann, was länger als etwa zwei Jahre zurückliegt, wobei kleinere Details schon nach zwei Monaten verblassen. Um dies zu bewältigen, dokumentiert er sein Leben in detaillierten Tagebüchern, fürchtet aber, dass Manipulationen seine Identität verfälschen könnten. Ihm fehlt auch der Geruchssinn, weshalb er sich auf visuelle Etiketten für Verfallsdaten verlässt, und er besitzt medizinisches Fachwissen, führt ein Erste-Hilfe-Set mit und kann Autopsien durchführen.

Kyōyas Beziehung zu Nana Hiiragi ist von gegenseitigem Misstrauen und intellektuellen Konflikten geprägt; er zweifelt ständig an ihrer Rolle bei den Schülerver