"I'm not a psychopath, Anderson, I'm a high-functioning sociopath. Do your research." (Sherlock)

Sherlock Holmes (Benedict Cumberbatch) egy magas, vékony férfi, sötét, göndör hajjal. Hasonlóan az eredeti karakterhez, Holmes képes arra, hogy az apró részletek megfigyeléséből logikus következtetéseket vonjon le. Önmagát mint a világ első és egyetlen "tanácsadó nyomozóját" írja le, aki a Scotland Yard segítségére siet számtalan alkalommal, ha azok téves nyomon kezdenek elindulni, vagy éppen elakadnak. A rendőrség tehetetlensége és lassúsága néha frusztrációval tölti el őt, de a rendőrök egy része is flúgosnak és kissé furának tartja őt. Önmagát mint "zseniális szociopatát" írja le. Sherlock általában többet törődik a bűnüggyel, mint az áldozatokkal, de általában véve is érzéketlennek tűnik embertársaival szemben, noha ez nem fedi teljesen a valóságot. Ha nem jut érdekes esethez, akkor egy idő után furcsa pótcselekvések lesznek úrrá rajta.

"We solves crimes. I blog about it, and he forgets his pants. I wouldn't hold out too much hope." (John)

John Hamish Watson (Martin Freeman) a történet kezdetekor 37 éves, Sherlock egykori lakótársa. Személyiségben és megjelenésben Sherlock ellentéteként bukkan fel.  Amikor együtt laktak, közös lakásuk fenntartása általában véve az ő feladata volt, s ehhez részmunkaidőben állást is vállalt. Korábban századosi rangban szolgált a hadseregben mint katonaorvos, s Afganisztánban volt kiküldetésen, ennek köszönhetően a fegyverekkel is jól bánik. A seregben azonban lövést kapott a bal vállába, a jobb lábára pedig pszichoszomatikus okoknál fogva sántított, s csak bottal tudott közlekedni - keze pedig remegett. Később azonban kiderül, hogy nem a háborús körülmények, hanem éppen azok hiánya váltotta ki nála a tüneteket, s azok, amint munkába áll Sherlock Holmes mellett, varázsütésre eltűnnek. John bátor és hűséges társ, aki a morális és etikai szempontokat is mindig szem előtt tartja. A legtöbbször ő az, aki közvetít Sherlock és a hétköznapi emberek között, tekintettel Sherlock antiszociális viselkedésére. Végül a harmadik évadban nősült meg, amikor elvette Mary Morstant, egy korábbi titkosügynököt, akinek múltjában számtalan titok van.

"For goodness sake! I occupy a minor position in the British Government." (Mycroft)

Mycroft Holmes (Mark Gatiss) Sherlock Holmes bátyja, közte és öccse közt testvéri rivalizálás figyelhető meg. Mycroft számtalanszor próbálja jobb belátásra bírni Sherlockot, ugyanakkor sok esetben ő az, aki kihúzza őt a bajból. A brit kormánynak dolgozik, önmagát kissé fellengzősen mutatja be, noha meglehetősen kis szerepben - ugyanakkor valószínűsíteni lehet, hogy sokkal fontosabb ember annál, mint elsőre látszik (Sherlock szerint ő maga a brit kormány). Mycroft hasonló szellemi képességekkel bír, mint öccse, következtetésben jobb, azonban kevésbé motivált személyiség, "a terep nem az ő asztala".

"Aren't ordinary people adorable?" (Moriarty)

A sorozat első igazi főellensége, James 'Jim' Moriarty (Andrew Scott), a világ egyetlen "bűnözési tanácsadója", aki az első évadban elkövetett bűncselekmények mögött áll, akár szponzorként, akár informátorként, akár kitervelőként. Rendkívül nagy hatalmú, veszedelmes bűnöző, némi pszichopata attitűddel. A pénz és a hatalom kevéssé érdekli őt, de mivel halálra unja magát, ezért űzi mesterségét - és áll szemben végül is Sherlock Holmes-szal. Üzelmeit a második évad során is folytatja, melynek során bár elfogják és bíróság elé állítják, ám vesztegetés és fenyegetések árán eléri, hogy ártatlannak ítéljék. Ettől kezdve egyetlen célja Sherlock "kiégetése", azaz hogy hiteltelenné tegye.

"You always say such horrible things. Every time. Always. Always..." (Molly)

Molly Hooper (Louise Brealey) egy 31 éves patológus, aki a St. Bartholomew Kórházban dolgozik. Titokban szerelmes Sherlock Holmes-ba, aki nem viszonozza az érzelmeit, viszont azokat a nyomozás érdekében gyakran kihasználja. Egy ideig randevúzgatott egy Jim nevű számítástechnikai szakemberrel, akiről kiderül, hogy igazából Jim Moriarty. Molly karaktere eredetileg csak Sherlock bemutatására szolgált volna az első epizódban, azonban később a népszerűség hatására visszatért. A harmadik évadban egy Tom nevű fickóval randizik, aki sok tekintetben hasonlít Sherlockra, és láthatóan csak azért van vele együtt, hogy féltékennyé tegye a férfit. A negyedik évadban ő lett John és Mary közös gyermekének keresztanyja.

"Get over yourself. You're not my first smackhead, Sherlock Holmes." (Mrs. Hudson)

Martha Louise Hudson (Una Stubbs) a Baker Street 221B alatti ház tulajdonosa, Sherlock és Watson főbérlője. Férjét Floridában drogügyek miatt kivégezték, az ügyben tett szolgálataiért nagyon hálás Sherlock Holmes-nak, ennek köszönheti a lakást is. Bár többször hangoztatja, hogy ő nem házinéni, számtalanszor kedvében jár a duónak, és noha számtalanszor belekeveredik a veszélyes nyomozásokba, végül ügyesen sikerül magát kimentenie.

"And exactly how many times did he fall out of a window?" (Greg)

Greg Lestrade nyomozó (Rupert Graves) a Scotland Yardnál dolgozik, Sherlock Holmes egyik nagy tisztelője, aki gyakran hívja rejtélyes esetek megoldásához, és megvédi a kollégái csipkelődésétől. Mindazonáltal gyakran idegesíti Holmes különleges következtetési módja, és a bizonyítékok titkolása. Feleségétől elvált, azóta kapcsolatuk hullámvölgyekkel tarkított. Keresztnevét Sherlock szinte soha nem találja el, annak ellenére, hogy kitűnő a memóriája. Kettejük között a jó viszony már-már barátságnak mondható.

"When all else fails, there are two men sitting, arguing in a scruffy flat, like they've always been there, and always will. The best and wisest men I have ever known. My Baker Street Boys. Sherlock Holmes and Doctor Watson." (Mary)

Mary Morstan (Amanda Abbington) egy visszavonult bérgyilkos, aki kórházi ápolóként dolgozik. Így ismerkedik meg Watsonnal, és kapcsolatuk viszonnyá, majd házassággá alakul. Esküvői tanújuk maga Sherlock lesz. Kapcsolata Watsonnal mindazonáltal kiállja a megpróbáltatásokat, és hamarosan gyermeket is várnak.

"Brainy's the new sexy." (The Woman)

Irene Adler (Lara Pulver) egy "dominátrix". Ezen pozíciójánál fogva kényes dokumentumok kerülnek a birtokába, amelyek megkaparintása sokak célja. Irene beleszeret Sherlock Holmes-ba, és rendszeresen SMS-ekkel bombázza. Sherlock, akit lenyűgöz a nő intelligenciája, segít a nőnek, s később megmenti az életét is. A későbbiek során párszor felbukkan Sherlock elméjében, a gondolatainak megtestesüléseként, illetve az is kiderül, hogy néha még mindig kap tőle üzeneteket, bár sosem válaszol rájuk.

"A colleague? How'd you get a colleague?" (Donovan)

Donovan őrmester Lestrade nyomozócsoportjában szolgál, Sherlockot pedig "hangyásnak" tartja. Figyelmezteti Watsont, hogy Holmes pszichopata, és egy napon, ha elfogynak a megoldandó ügyek, ő maga is ölni kezd. Mivel nem bízik Sherlockban, később könnyűszerrel elhiszi, hogy bűnügyekben érintett lehet. Közte és Anderson között viszony bontakozik ki.

"I believe in Sherlock Holmes." (Anderson)

Anderson a nyomozó hatóság tagja. Keresztneve nagy valószínűséggel Philip (Sherlock így szólítja ,,Az üres gyász" című epizódban 3. évad 1. rész). Közte és Sherlock Holmes között régi nézeteltérés sejlik fel, ugyanis nem szívlelik egymást, Anderson azt sem szeretné, ha a nyomozásba beleavatkozna. Viszonyba keveredik Donovan őrmesterrel, és mivel nem bízik Holmes-ban, készséggel elhisz róla bármit, amit állítanak. A harmadik évad elején valószínűsíthetően már nem tartozik a rendőrség kötelékébe, hogy ennek mi az oka, nem ismert. Mindazonáltal Sherlock eltűnésekor ő volt az, aki megpróbált előállni lehetséges magyarázatokkal a hollétéről.