Несмотря на огромную популярность книг Артура Конан Дойла о Шерлоке Холмсе в советское время, долгое время никто не решался на их экранизацию в СССР.

Лишь в конце 1970-х годов сценаристы Юлий Дунский и Валерий Фрид предложили свою адаптацию этих произведений "Творческому объединению телевизионных фильмов".
Режиссер Игорь Масленников, будучи большим поклонником английской литературы и культуры, с энтузиазмом взялся за воплощение проекта. На роль Шерлока Холмса он сразу предложил Василия Ливанова, не видя других кандидатов на эту роль. Однако его выбор встретил сопротивление со стороны руководства, которое сомневалось в этом решении, поскольку Ливанов имел репутацию актера с непростым характером. Ему предложили рассмотреть такие кандидатуры, как Сергей Юрский и Олег Янковский.
Несмотря на давление, Масленников остался непреклонен, настаивая на том, что Ливанов способен передать не только образ типичного книжного сыщика, но и сделать героя харизматичным, дерзким и моложавым. Эти качества режиссер считал ключевыми для персонажа и видел их в актёре. Дополнительно Масленников уже имел опыт успешной работы с Ливановым и был уверен в его профессионализме.
Особое впечатление на режиссера произвел голос Ливанова — глубокий и уникальный по звучанию. Примечательно, что тембр актера изменился после несчастного случая во время съемок фильма "Неотправленное письмо", когда он перенапряг голосовые связки до такой степени, что потерял голос на две недели. После восстановления голос стал более выразительным, что придавало исполнителю особую индивидуальность.
В конечном итоге руководство студии согласилось с мнением режиссера, утвердив Василия Ливанова на роль Холмса. Сам актер был необычайно рад такому выбору, поскольку он также был большим почитателем английской литературы.
Подбор актера на роль доктора Ватсона оказался сложнее. В книгах этот персонаж преимущественно играл второстепенную роль, оставаясь в тени главного героя. Однако сценарий придал Ватсону более яркий и многогранный характер, сделав его полноценным участников истории. Такое развитие образа усложнило поиск подходящего исполнителя, способного передать глубокое внутреннее содержание и выразительность героя.
Кастинг на роль миссис Хадсон также сопровождался трудностями. Среди рассматриваемых кандидатур были известные актрисы Евгения Ханаева и Любовь Доброжанская, однако Масленников счел идеальной на эту роль только Рину Зеленую. Тем не менее комиссия не поддержала кандидатуру 77-летней актрисы из-за опасений относительно ее возраста и способности запоминать текст. Несмотря на это, режиссер настойчиво отстаивал свой выбор, который в итоге был одобрен.
Рина Зеленая приложила максимум усилий на съемочной площадке, несмотря на трудности, включая необходимость постоянно носить неудобный корсет. Ее самоотдача и талант обеспечили достоверное воплощение образа миссис Хадсон, ставшего важной частью успешной экранизации.
Изначально роль профессора Мориарти предполагалось доверить выдающемуся актеру Иннокентию Смоктуновскому, а Виктор Евграфов, обладавший значительными навыками в области боевых искусств, должен был исполнять функции дублера в сцене дуэли между Мориарти и Шерлоком Холмсом. Однако постановщик Игорь Масленников, ознакомившись с гримом Евграфова, пришел к выводу, что именно он является наиболее подходящим кандидатом для этой роли. В результате Евграфов полностью воплотил на экране одного из центральных антагонистов. Единственное существенное изменение коснулось его голоса, который для большей выразительности был переозвучен актером Олегом Далем.
Иннокентий Смоктуновский не остался без внимания: режиссер предложил ему исполнить роль премьер-министра Великобритании.
Примечательно, что в реальной жизни между Василием Ливановым и Виктором Евграфовым существовала взаимная антипатия. Этот факт, вероятно, придал их экранному противостоянию дополнительную степень реалистичности. Любопытно также отметить, что годом ранее оба актера участвовали в съемках другого фильма Игоря Масленникова под названием *Ярославна, королева Франции*.
В одном из эпизодов сериала, снятого по рассказу *Кровавая надпись*, зрители могли заметить Бориса Ливанова, сына Василия Ливанова, исполнившего роль одного из беспризорников. На момент съемок мало кто мог предположить, что судьба молодого актера сложится столь драматично: с возрастом он пристрастился к алкоголю и стал проявлять агрессию в адрес родителей, которые начали его опасаться. В 2009 году Борис Ливанов был осужден за участие в убийстве.
Особый комментарий оставил Виталий Соломин, который признался, что одной из наиболее трудных сцен для него на съемочной площадке стали моменты, связанные с поцелуем, предназначенным для его экранной возлюбленной, Мэри Морстен, сыгранной Екатериной Зинченко. Соломин испытывал сильное напряжение и смущение из-за своей врожденной застенчивости, что значительно усложняло для него выполнение этих эпизодов.