Il sequel di Sherlock Holmes di Guy Ritchie vede il ritorno di Robert Downey Jr. nei panni di Homes, di Jude Law in quelli del dottor Watson e di Rachel McAdams nel ruolo di Irene Adler. Tra le nuove entrate nel cast l'attrice svedese Noomi Rapace (Uomini che odiano le donne), che interpreterà un ruolo chiave e sarà la protagonista femminile; l'attore britannico Stephen Fry nei panni del fratello maggiore di Sherlock, Mycroft Holmes, un uomo indispensabile per il governo inglese che svolge spesso il ruolo di calcolatore umano; e Jared Harris (Fringe, Mad Men, The Ward) nei panni del professor Moriarty, la nemesi di Holmes nelle opere di Conan Doyle, che controlla i criminali londinesi da dietro le quinte.