Телесериал является плодом сотрудничества Стивена Моффата и Марка Гэтисса, каждый из которых уже занимался адаптацией викторианской литературы для телевидения[3]. В 2007 году Моффат был сценаристом телесериала «Джекилл», снятого по мотивам повести «Странная история доктора Джекила и мистера Хайда»[4], а Гэтисс стал автором сценария эпизода научно-фантастического телесериала «Доктор Кто» под названием «Беспокойный мертвец», снятого по мотивам произведений Чарльза Диккенса[5]. Идея сериала возникла, когда Моффат и Гэтисс, работавшие в Кардиффе над «Доктором Кто», в поезде на Лондон обнаружили, что оба увлекаются детективами Дойля[6]. Их идея заключалась в освобождении Холмса из тюрьмы его индустриальной эпохи. Вместо шляпы охотника за оленями и твидовых костюмов он приобрёл бы смартфон и никотиновые пластыри[7]. Об историях о Шерлоке Холмсе Марк Гэтисс говорит следующее: «Когда я встречаю людей, которые не читали их, я всегда думаю сколько интересного их [людей] ожидает»[8]. В Монте-Карло, на одной из церемоний награждения, продюсер Сью Вертью (англ.), супруга Стивена Моффата, поручила обоим авторам начать этап подготовки сценария к экранизации.
Гэтисс не одобрил последние телевизионные адаптации Шерлока Холмса, назвав их «слишком благоговейными и слишком скучными», стремясь вместо этого отходить от оригинала, как в фильмах 1930-х и 1940-х годов с Бэзилом Рэтбоуном в главной роли[8]. В аудиокомментариях к DVD «Шерлока» Моффат и Гэтисс рассказывают, что они приняли за канон не только оригинал Конан Дойля, но и все ранее снятые истории о Шерлоке, в том числе фильмы с Рэтборном и фильмы компании Granada Television[9]. Шерлок Холмс в исполнении Бенедикта Камбербэтча при раскрывании преступления пользуется современными технологиями — SMS, интернет, GPS. Пол Макгиган, который срежиссировал два эпизода «Шерлока», выказал мнение, что такой образ известного детектива сочетается с описанным Конан Дойлем и просто перенесён в современную обстановку — оригинальный Шерлок пользовался технологиями своего времени, проводил доступные ему лабораторные эксперименты[10]. Бенедикт Камбербэтч добавляет: «Я сомневаюсь, что Холмс пользуется Википедией, но он использует технологии в качестве ресурсов»[11]. Многие моменты, связанные с именами общением персонажей были модернизированы. В «Шерлоке» оба главных героя называют друг друга по имени, а не по фамилии, общение между героями более неформально, отсутствуют приветствия на французском, а Шерлока и Джона порой принимают за гомосексуальную пару[12].

Несмотря на осовременивание героя и истории, некоторые моменты всё же остались неизменными, например, адрес Холмса на улице Бейкер-стрит, его окружение и заклятый враг Мориарти[13]. Джон Ватсон в исполнении Мартина Фримена — военный врач, недавно вернувшийся со службы в Афганистане[14]; обсуждая создание образа Ватсона, который в оригинале был демобилизован после службы в период второй англо-афганской войны, Гэтисс отметил: «Эта та же самая война, подумал я. Та же непобедимая война»[8].

Шестидесясятиминутный пилотный эпизод «Шерлока» был анонсирован на Эдинбургском международном телевизионном фестивале в августе 2008 года и готовился к трансляции во второй половине 2009 года[13]. В случае успеха пилота было запланировано начать съёмки полного сериала[13]. Тем не менее, первый вариант пилотного эпизода, который по сообщениям обошёлся в 800 000 фунтов стерлингов, был растиражирован СМИ как потенциально провальный[15][16]. BBC решили отказаться от трансляции пилота и изменить формат сериала, сняв три полуторачасовых эпизода[15][16]. Позже непоказанный вариант первой серии вышел на DVD вместе с первым сезоном. В аудиокомментариях к DVD создатели сериала отмечают, что BBC одобрили пилотную серию, но попросили изменить формат. По словам журналиста The Guardian Марка Лоусона (англ.), эпизод был существенно переписан и расширен, полностью изменён внешне, в плане декораций, звука и развития истории
Актёрский состав и персонажи
    * Бенедикт Камбербэтч в роли Шерлока Холмса.

Моффат и Вертью выразили заинтересованность в Камбербэтче в качестве Холмса после его роли в военной драме «Искупление» 2007 года. «Камбербэтч, — пишет газета The Guardian, — отлично зарекомендовал себя в роли эксцентричных, гениальных мужчин, и его Холмс холоден, с техническим складом ума и лёгкой формой Аспергера»[17]. Камбербэтч комментирует: «Его [Холмса] очень тяжело играть, поскольку из-за объёма слов в твоей голове и скорости мышления приходится невероятно быстро соображать. Он на шаг впереди зрителей и всех людей с нормальным интеллектом, которые его окружают. Они не совсем понимают, куда его приводят его домыслы»[17]. Телепродюсер Пирс Венджер описал сериального Шерлока как «энергичного супергероя современного мира, высокомерного гениального сыщика, движимого желанием доказать, что он умнее преступника, полицейского и вообще всех»[13]. Из-за того, что с 2007 года курение в Лондоне ограничено, а также из-за регламента трансляции Холмс в исполнении Камбербэтча заменил традиционную трубку несколькими никотиновыми пластырями[10]. Моффат отмечает, что Шерлоку не следует говорить как «человеку целиком современному», но первоначально сценаристы намеревались сделать его таким, чтобы «он ни при каких обстоятельствах не был похож на лектора». Во втором сезоне Моффат сделал персонажа «более викторианским», превращая в достоинство «превосходный голос» Камбербэтча.
    * Мартин Фримен в роли доктора Джона Ватсона.

В интервью изданию The Observer Марк Гэтисс рассказал, что с бо́льшими трудностями команда столкнулась, подбирая актёра на роль доктора Джона Ватсона[8]. По словам Сью Вертью, Камбербэтч был единственным человеком, которого они видели в роли Шерлока, а с Джоном всё оказалось не так просто[19]. На роль второго главного героя пробовались несколько актёров[9], прежде чем роль досталась Мартину Фримену, ранее известному по фильму «Автостопом по галактике». Первым отвергнутым кандидатом стал Мэтт Смит, которого Моффат счёл слишком «чокнутым» для Ватсона[20], а позже взял его на роль одиннадцатого Доктора в сериале «Доктор Кто». По мнению журналистки Виктории Торп, «надёжный и способный Ватсон в исполнении Фримена раскрывает того современного Холмса, который теперь зовёт себя высокоактивным социопатом»[8]. Гэтисс отмечал важность достижения правильной характеристики персонажа: «Ватсон не идиот, хотя это правда, что Конан Дойль часто использовал его как объект подколок. Но только идиот будет окружать себя идиотами»[8]. Несмотря на то, что Шерлок часто подшучивает над неспособностью Джона анализировать, он считает его своим другом. По словам Моффата, Фримен — «во всём противоположность Бенедикту, за исключением уровня таланта. Мартин находит обыкновенных людей в некотором роде поэтичными. Мне нравится утонченный реализм всего, что он делает. Я верю всему, что он делает. Каждый дубль неповторим».
    * Руперт Грейвс в роли инспектора Грега Лестрейда.

У Конан Дойля он именуется как просто «инспектор Лестрейд», и его первое имя никогда не упоминается, однако во второй серии второго сезона Ватсон называет его Грег, что очень удивляет Холмса. Моффат и Гэтисс отметили, что Лестрейд не так часто появлялся в рассказах Конан Дойля и весьма непоследователен в них. Они решили взять за основу версию, появившуюся в рассказе «Шесть Наполеонов»: Холмс считает его малополезным, однако лучшим человеком в Скотланд-Ярде, а сам Лестрейд восхищается Холмсом[9]. Некоторые кандидаты на роль инспектора во время кастинга добавляли персонажу комедийные черты, однако создатели предложили роль более опытному актёру Руперту Грейвсу[9].

    * Эндрю Скотт в роли Джима Мориарти.

Скотт впервые появился в роли главного антагониста первых двух сезонов Джима Мориарти в третьем эпизоде первого сезона, «Большая игра». В сериале он представляется именем Джим, а Холмс называет его «консультирующим преступником». Моффат рассказал: «Мы с самого начала знали, что хотели сделать с Мориарти. Как правило, Мориарти довольно блеклый, а не высокомерный злодей, поэтому мы подумали, что это должен быть кто-то должным образом пугающий. Кто-то абсолютно сумасшедший»[19]. Изначально Моффат и Гэтисс не планировали уложить противостояние Шерлока и Мориарти в эти три эпизода, но поняли, что сцена из «Последнего дела», где два заклятых врага встречаются друг с другом, необходима[21].

    * Марк Гэтисс в роли Майкрофта Холмса.

Роль старшего брата Шерлока сыграл сам Гэтисс. По словам Моффата, сериальный Майкрофт больше похож не на прописанный Конан Дойлем образ, а на воплощённый Кристофером Ли в фильме «Частная жизнь Шерлока Холмса» Билли Уайлдера[9]. Однако основы, заложенные каноном, остались: Майкрофт высокопоставленный член правительства, малообщителен, посещает мужской клуб «Диоген» и имеет сложные отношения с братом.

    * Уна Стаббс в роли миссис Хадсон.

Миссис Хадсон — домовладелица Ватсона и Холмса, отлично ладит с ними и прогрессивна во взглядах. По словам Уны Стаббс, Шерлок «по-своему любит миссис Хадсон», а та, в свою очередь, заботится и о Шерлоке, и о Джоне[22].

В качестве других второстепенных персонажей сержанта полиции Салли Донован и патологоанатома Молли Хупер в сериале появились Винетт Робинсон (англ.) и Луиза Брили (англ.) соответственно. В число приглашённых актёров вошли Фил Дэвис (англ.) в роли таксиста и убийцы Джеффа Хоупа[23], Дэвид Неллист (англ.) в роли бывшего однокурсника Ватсона Майка Стамфорда, Джонатан Арис (англ.) в роли судмедэксперта Андерсона, Пол Чекер (англ.) в роли инспектора Диммока[24], Зои Телфорд в роли Сары[24], Джемма Чан (англ.) в роли Су Линь Яо[24], Джон Сешнс в роли Кенни Принса[25], Хайдн Гвайнн (англ.) в роли смотрителя галереи мисс Винчеслас[25] и Дебора Мур (англ.) в роли заложницы Мориарти[21]. В серии «Скандал в Белгравии» Лара Пюльве сыграла Ирэн Адлер[26]. Появление «той Женщины» было анонсировано авторами как один из определяющих моментов сезона: «Вот ваши улики: Адлер, собака, Рейхенбах». В «Собаках Баскервиля» Рассел Тови (англ.) появился в роли клиента Шерлока Генри Найта[27], а в «Рейхенбахском водопаде» Кэтрин Паркинсон сыграла журналистку Китти Райли.