尼布楚谈判的俄方首席代表费要多尔·阿列克塞耶维奇·戈洛文是俄国派往中国的第一位全权大使，因此该使团规模超过了任何以往前往中国的俄国使团。该使团包括各类军役人员和工作人员，总共有两千余人。仅西伯利亚地方政府拨给各类军役人员的薪饷就达三万一千卢布，此外，还拨出两千卢布作为使团在达斡尔地区雇佣车马的费用。沙皇又另赐给全权大使戈洛文两千卢布的薪俸。
全权大使戈洛文在出使中国之前任御前大臣兼布良斯克总督。他的父亲阿·斯·戈洛文曾任西伯利亚首府托博尔斯克将军。戈洛文受过良好的教育，通晓数种语言。他精通拉丁语，在尼布楚谈判时能够用拉丁语向参加谈判的耶稣会教士讲演。虽然率团出使中国是戈洛文第一次担任外交使命，但他在这次出使过程中展现了自己的才华。1687年，他率兵向贝加尔湖地区的喀尔喀蒙古发动猛烈进攻。尽管当时俄国国内有舆论谴责他在贝加尔湖地区耽搁过久，延误了谈判，但是，事实证明，他采取的军事行动给清政府造成了压力，促使清政府在谈判中作出让步，同意将俄国梦寐以求的贸易条款写进条约。《尼布楚条约》也被认为是“俄国的一个重大胜利”。戈洛文回国后被授予贵族爵位，并被任命为西伯利亚总督。
清朝方面的首席谈判代表是领侍卫内大臣，大学士索额图（1636—1703），姓赫舍里氏，满洲正黄旗人，清朝开国功臣索尼的第二子，世袭一等公爵，是康熙帝皇后的叔父。索额图初任侍卫。康熙八年（1669）至四十年（1701），先后任国史院大学士、保和殿大学士、议政大臣、领侍卫内大臣等职，曾参与许多重大的政治决策和活动。康熙帝继位之初，鳌拜擅权，索额图辅佐康熙帝计擒鳌拜，并将其党羽一网打尽，因此深受信任。
康熙二十七年（1688），索额图被任命为钦差大臣，率领清廷使团前往色楞格斯克，与俄方代表会谈两国边界问题。次年，俄国提议改以尼布楚为谈判地点，索额图仍为谈判使团首席代表，率使团至尼布楚与俄方代表戈洛文谈判。在谈判中，索额图阐明黑龙江流域属于中国的原委，驳斥俄方提出以黑龙江或雅克萨为界的无理要求。双方终于在对等谈判的基础上签订了第一个中俄条约——《尼布楚条约》。此后，索额图先后两次参加平定准噶尔之役，康熙四十年以年老休致。后来索额图因为在清朝宫廷斗争中依附皇太子胤礽，在康熙四十二年（1703），被以“议论国事，结党妄行”的罪名交宗人府拘禁，不久死于禁所。
张诚（1654—1707，原名弗朗索瓦·热拉皮翁），字实斋，法国人，清初来华的天主教传教士。张诚出生于法国凡尔登，1670年入耶稣会香槟省修道士传习所。1685年，受法王路易十四派遣，与一批耶稣会传教士来中国传教。1687年（康熙二十六年）到达浙江宁波，次年抵达北京，由葡萄牙人徐日升神甫引荐觐见康熙帝，与另一名传教士白晋同在宫廷供职，同时学习汉、满文字。1689年，张诚和徐日升被委任充当中俄尼布楚边界谈判的译员。1690年入宫为康熙帝讲授欧几里得原理、实用几何学及哲学。1693年，康熙帝患疟疾，张诚和白晋进金鸡纳霜，康熙帝病愈后，赐地西安门内建造救世主堂（北堂）。1696年，跟随康熙帝亲征噶尔丹。1707年卒于北京。张诚第二次旅行的日记，比较详细地记载中俄《尼布楚条约》的谈判、签订的经过，商务印书馆有中译本《张诚日记》。
徐日升（1645—1708，原名托马斯·佩雷拉），字寅公，葡萄牙人，清初来华的耶稣会传教士。出生于布拉加省，就学于省立学院。康熙二年（1663），徐日升加入耶稣会，并在康熙十一年（1672）漂洋过海抵达澳门。次年，他经南怀仁推荐以精通音乐的名义来到北京，并供职于钦天监，襄助治理历法，兼任宫廷音乐教师。康熙二十七年，南怀仁病殁，徐日升接替署理钦天监监副一职。二十八年，中俄尼布楚边界谈判时，徐日升与张诚同为中方代表团拉丁文翻译。三十年，任耶稣会视察。四十五年，升任耶稣会中国省副省会长。后卒于北京。
然而，在中俄双方的谈判过程中，担任翻译的张诚和徐日升两人却充当了不光彩的角色——俄方的间谍，且险些导致谈判破裂。清廷使团一离开北京，俄方负责谈判事务的代表吉诺夫，就多次秘密会见徐日升。徐日升假装派人给吉诺夫送酒菜，有意避开清军守卫，将一封拉丁文书信秘密交给俄方。他还向俄国人献媚，并露骨地说：“我们看到永远拯救无数生灵的圣旗已经升起，我们的时代已经开始！”更为严重的是，徐日升还把中方首席谈判代表索额图、佟国纲的情况事先透露给了俄国。1689年8月初，当清廷使团到达尼布楚后，尚未开始首次谈判，俄方代表戈洛文就派人来无理取闹，认为中国军队离会场太近，企图对毫无谈判经验的清廷官员施加心理压力。这时，徐日升和张诚奉命前去调解。戈洛文一见到他们，就公开表示，希望他们在谈判中帮助俄方。两人也十分“配合”，向俄国人泄露了很多清廷的机密情况，并透露了清廷的谈判底线。后来，在谈判中，徐日升还暗中捣鬼，竟然在索额图的话中擅自加入“清廷已向雅克萨派出大量军队”等话语，激得戈洛文等人出言不逊。整个谈判期间，徐日升和张诚一直对俄方暗送秋波，俄国代表也乘机对他们信口许诺，并私下赠送给他们大量的珍贵礼品。但是，无论徐、张二人如何捣鬼，索额图等人始终秉承康熙帝的谕旨精神寸步不让，加上清军在雅克萨的大胜，方才顺利完成签约。