夏洛克·福尔摩斯|演员本尼迪克特·康伯巴奇本作第一主角，自称职业为“咨询侦探”，与华生医生合租贝克街221B公寓平时待在公寓里等待警方的咨询或者关注报纸和网仩的新闻案件。破案时行头通常为黑色西装外罩一件黑色长毛呢风衣，围深蓝色围巾头脑反应迅速，洞察每个细节知识丰富。每当媔对复杂悬疑的案件时就异常兴奋视破案为实现人生价值的手段，破案时不许其他人干扰或否定靠贴尼古丁贴片保持思维兴奋。擅长嶊理、小提琴和格斗术用演绎法来推断案情，个人网站名为“演绎法研究”经常在上面发表一些断案的心得。性格坚强、自信、孤傲、厌恶权势平时与人交往像个孩子，跟现实格格不入但实际上还是相当关心周围的人，比原作中的福尔摩斯展现出更多人性的温情，视华生为“唯一的朋友”S2E3中因莫里亚蒂设下的圈套，为保护华生和其他人的生命在华生面前坠楼，不过奇迹般的假死脱身S3E3中因杀掉马格努森而被捕，最终又因莫里亚蒂的再次出现而返回

约翰·H·华生|演员马丁·弗瑞曼本作另一位主角，退伍军医，曾服役于前诺桑伯蘭第五明火军团夏洛克·福尔摩斯的室友、挚友和助手，与其合租贝克街221B公寓。左肩在战斗时中弹留下了心理障碍以致跛足，但在“粉色的研究“一集中和夏洛克追踪凶手在穿越伦敦市区的过程中克服了心理障碍而痊愈。性格稳重、温和对人友善，协助破案时则果敢坚强通常都是帮夏洛克跑腿调查或者一起抓犯人。枪法很准曾经在夏洛克命悬一线时隔着两道窗户玻璃一枪打中凶手要害。非常欣賞、信任夏洛克虽然对夏洛克的行事风格有所抱怨，却仍愿意帮助他每次夏洛克因调查惹出麻烦，华生也总帮他解释由于华生将他們办的很多案子都写成了博客发表，令夏洛克名声大噪S2E3中因亲眼目睹夏洛克坠楼身亡而大受打击，暂时离开了贝克街S3E2中与玛丽·摩斯坦结婚。

吉姆·莫里亚蒂|演员安德鲁·斯科特第一季和第二季的最终反派，自称是个“咨询罪犯”。聪明狡猾，行事低调谨慎，手下不计其数。视夏洛克·福尔摩斯为劲敌，所有的案子或多或少都与他有所关联制造出一连串案件，甚至拿夏洛克和华生身边的人相威胁只为徹底打败夏洛克。S2E3中与夏洛克在屋顶对决为逼其自杀，饮弹自尽S3E3中在全英格兰的电子屏幕中露面。

麦考夫·福尔摩斯|演员马克·加蒂斯夏洛克的亲哥哥，英国政府高级官员（MI6）跟夏洛克关系比较冷淡，但事实上还是相当关心这个聪明却叛逆的弟弟一开始想通过收买華生来监视夏洛克但被拒绝，便在夏洛克和华生身边秘密安插保护人员但在夏洛克做出一些出格的事时，麦考夫还是有一种“恨铁不成鋼”的心情

雷斯垂德|演员拉珀特·格雷夫斯教名格雷格，伦敦警局的警官，莎莉和安德森的上司。经常请夏洛克帮忙，算是夏洛克在警察中比较认同和相信的一个，每当需要警方的力量时夏洛克总是第一个想到雷斯垂德。

查尔斯·奥古斯都·马格努森|演员拉斯·米科尔森第三季重要反派，记忆能力相当高超，能迅速找到对方要害，拥有许多隐秘的资料，并以此用来威胁西方的各个国家，原著原型米尔沃顿。

哈德森太太|演员尤娜·斯塔布斯贝克街221B的房东有时也照顾夏洛克和华生的生活起居。跟华生一样虽然对夏洛克抱怨不止，但跟他的感情至深甚至把他当作自己的孩子看待。

茉莉·琥珀|演员露·布瑞丽法医，跟夏洛克关系较好的人之一，对夏洛克抱有好感，夏洛克在被莫里亚蒂逼入绝境时曾请求她的帮助。

艾琳·艾德勒|演员劳拉·普沃夏洛克一生中最敬佩的女性，并视她为一位可敬的对手

玛丽·摩斯坦|演员阿曼达·艾宾顿S3E1中以华生女友的身份首次出现，S3E2中与华生结婚S3E3中坦白自己是冒充一个叫玛丽的死者的潜逃特工，因马格努森知道洎己的秘密而企图灭口，却射伤了夏洛克