In Peter Jacksons Verfilmung des Tolkien-Romans "Der Hobbit" stellte er den Drachen Smaug mittels Performance Capture dar und sprach den Nekromanten. In der Fortsetzung von "Star Trek", "Star Trek Into Darkness", stellte er den Bösewicht "John Harrison" alias Khan dar. Im Jahr 2013 spielte er in Steve McQueens Filmdrama "12 Years a Slave", das mit einem Oscar für den besten Film ausgezeichnet wurde. Für seine Darbietung in der "Sherlock"-Episode "Sein letzter Schwur" gewann er 2014 einen Emmy als "bester Hauptdarsteller in einer Miniserie oder einem Fernsehfilm". In der Filmbiografie über Alan Turing "The Imitation Game – Ein streng geheimes Leben" (2014) spielte er die Hauptrolle und war für einen Oscar als bester Hauptdarsteller nominiert. 2015 war er als "William Bulger" im Mafia-Drama "Black Mass" zu sehen. Im Oktober 2016 erschien Marvels Spielfilm "Doctor Strange", in dem Cumberbatch die Titelrolle übernahm. 2017 hatte er in ' erneut einen kleinen Auftritt in dieser Rolle. Auch in den Filmen ' (2018) und "" (2019) war er als "Doctor Strange" zu sehen. Im März 2017 wurde bekannt, dass er die Hauptrolle in der kommenden Romanverfilmung "How to Stop Time" übernehmen wird.