En juillet 2010, Benedict Cumberbatch apparaît à la télévision dans le rôle de Sherlock Holmes dans la nouvelle série télévisée "", adaptation contemporaine de Steven Moffat et Mark Gatiss pour la , des aventures du célèbre détective et de son acolyte, le docteur Watson interprété par Martin Freeman, créés par Arthur Conan Doyle. La série est un énorme succès critique et public. Diffusée dans plus de 180 pays, elle accroît considérablement la popularité de l'acteur, qui a pourtant failli refuser le rôle, le faisant ainsi passer de célébrité nationale à star internationale. De plus, elle lui vaut un du meilleur acteur en 2014, plusieurs nominations dont trois aux (en 2011, 2012 et 2015) et une aux 2013. Pour les besoins de ce personnage, l'acteur a dû apprendre à jouer du violon et a eu comme professeur la violoniste . Au début, les responsables de la BBC n'ont pas accepté le choix d'acteur des créateurs de la série pour le rôle du détective, car ils voulaient un Sherlock Holmes "sexy" et ne trouvaient pas le physique de Benedict Cumberbatch attrayant. Mais ils ont changé d'avis après avoir vu le comédien interpréter le personnage.