Ronnie James Dio :Ronnie James Dio 1979-ben csatlakozott a Black Sabbathhoz, Ozzy Osbourne helyére. Dio erőteljes és sokoldalú hangja más dimenziót hozott a banda hangzásához, és a Sabbath-nél eltöltött ideje alatt számos klasszikus albumot készített, köztük a "Heaven and Hell" és a "Mob Rules". Dio 1982-ben elhagyta a bandát, de az 1990-es években rövid időre visszatért, majd a 2011-2012-es Black Sabbath utolsó turnéjára.
Ian Gillan :Ian Gillan rövid időre Ronnie James Dio helyére lépett a Black Sabbath énekeseként 1983-ban. A Deep Purple-lel végzett munkáiról ismert Gillan a zenekar "Born Again" című albumára hozta egyedi énekstílusát. A Black Sabbath-nél azonban rövid életű volt, és még abban az évben kilépett a zenekarból.
Tony Martin :Tony Martin 1987-ben csatlakozott a Black Sabbathhoz, Ian Gillan helyére. Martin erőteljes és dallamos énekhangja segített a zenekarnak több szilárd album kiadásában, köztük a "Headless Cross" és a "Tyr". A Black Sabbath csapatánál maradt egészen a feloszlásukig, 1995-ig.
Glenn Hughes :Glenn Hughes, aki a Deep Purple-nél és a Trapeze-nél végzett munkáiról ismert, az 1980-as évek elején rövid ideig együttműködött a Black Sabbath-szal, és háttéréneket adott a „Never Say Die!” albumon.
Ezenkívül a Black Sabbath más vendégénekeseket is felvett néhány számában, mint például Geezer Butler a Fairies Wear Boots-ban és Bill Ward az It's Alright-ban.