I connotati principali sono ricavabili dai 4 romanzi e 56 racconti che lo vedono protagonista in una narrazione, ambientata nella Londra vittoriana, portata avanti principalmente dall'amico e compagno di avventura Watson che descrive così il detective:
"Il suo sguardo era acuto e penetrante; e il naso sottile aquilino conferiva alla sua espressione un'aria vigile e decisa. Il mento era prominente e squadrato, tipico dell'uomo d'azione. Le mani, invariabilmente macchiate d'inchiostro e di scoloriture provocate dagli acidi, possedevano un tocco straordinariamente delicato, come ebbi spesso occasione di notare quando lo osservavo maneggiare i fragili strumenti della sua filosofia." Il protagonista però descritto dalle prime parole di Watson, e quindi di Doyle, manca di diversi connotati che inizieranno a delinearsi contemporaneamente alla sua maturazione (sia dello scrittore che del personaggio): ad esempio mentre nel primo romanzo Holmes ha una conoscenza filosofica povera, successivamente mostra invece un ricco patrimonio letterario-filosofico citando Goethe, la Bibbia, Shakespeare. Le sue conoscenze in campo pratico sono tali da avergli fatto anche scrivere dei trattati sugli argomenti più vari, come un trattato navale e una monografia sul tabacco (come lui stesso afferma nel racconto Il mistero di Valle Boscombe). Inoltre, come rivelano successivamente gli appunti di Watson, Holmes è un eccellente schermidore e pratica il pugilato a mani nude. Nel racconto "L'avventura della casa vuota", Holmes afferma inoltre di conoscere il bartitsu, un sistema di lotta giapponese derivato dal jujitsu, rendendolo uno dei primi occidentali ad aver praticato le arti marziali orientali.Altre caratteristiche salienti di Holmes sono la grande conoscenza del tessuto criminale londinese, al cui interno aveva numerosi informatori (in genere ragazzini), e le sue grandi doti trasformiste, che lo aiutano nella raccolta di molte prove per la risoluzione dei suoi complicati casi. Tende, poi, a mantenersi lontano affettivamente dalle donne, e questo per mantenere la mente sempre lucida e sgombra da pensieri inutili e svianti. Nutre, poi, una certa diffidenza sulle tecniche investigative di Scotland Yard, divertendosi alle spalle dell'Ispettore Lestrade pur aiutandolo soprattutto per soddisfazione personale. Ha poi un difetto che, con il prosieguo della serie viene via via cancellato da Doyle: ogni volta che cade in uno stato di inattività, per combatterne la depressione e mantenere la sua mente in movimento, fa uso di cocaina e morfina, a seconda della crisi in cui si trova coinvolto: successivamente tale dipendenza sarà sostituita dalla pipa (anche in questo con un certo disappunto da parte di Watson, perché arriva, soprattutto per le indagini più complesse, ad affumicare completamente il soggiorno del loro appartamento). Il personaggio e il suo successo segnarono profondamente la carriera di scrittore di Doyle, tanto che dopo avere narrato ne "L'ultima avventura" la morte di Holmes, nel corso di un duello con l'arcinemico Moriarty, presso le cascate di Reichenbach, fu costretto a realizzare un nuovo romanzo, "Il mastino dei Baskerville", ambientato prima della sua morte avvenuta nel 1891; quindi grazie al fatto che il corpo del geniale investigatore non risultava mai ritrovato, lo fece ritornare vivo e vegeto in attività ne "L'avventura della casa vuota", ambientata nel 1894: tre anni di buio in cui Holmes si tiene nascosto, aiutando in gran segreto il governo britannico.
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