O filme é baseado na romance policial "O Problema Final", de Arthur Conan Doyle, mas traz elementos de outras histórias com Sherlock Holmes, como "O Signo dos Quatro", "O Intérprete Grego", "O Vale do Medo", "A Faixa Malhada", "O Detetive Agonizante", "Os Planos do Submarino Bruce-Partington" e "A Segunda Mancha".
É a segunda vez que os atores Robert Downey Jr. e Jared Harris trabalham juntos. A primeira experiência foi em Assassinos por Natureza (1994).
Jude Law e Stephen Fry já haviam trabalhado juntos anteriormente, em Wilde (1997).
Os atores Brad Pitt, Gary Oldman, Daniel Day-Lewis, Sean Penn e Javier Bardem tiveram seus cogitados para viver o temível Professor Moriarty, mas o papel acabou nas mãos de Jared Harris.
As atrizes Sophie Marceau, Audrey Tautou, Penélope Cruz, Juliette Binoche, Virginie Ledoyen, Eva Green, Marion Cotillard e Cécile De France foram cotadas para viver o personagem Sim, mas quem saiu vencedora foi Noomi Rapace (Os Homens que Não Amavam as Mulheres).
Devido à pressa da Warner Bros em realizar Sherlock Holmes - O Jogo de Sombras, o diretor Guy Ritchie teve que desistir de Lobo (2013) e Robert Downey Jr. deixou o elenco de Cowboys & Aliens (2011).
Sherlock Holmes - O Jogo de Sombras tem boa parte das cenas rodadas na Inglaterra, mas a sequência de abertura foi filmada na França.
As medalhas que Watson usa na festa são a Medalha da Guerra do Afeganistão e a Estrela de Bronze de Kandahar. A partir delas pode-se deduzir que Watson é veterano da 2ª Guerra do Afeganistão, ocorrida entre 1878 e 1880.
Após Holmes recusar-se a montar em um cavalo oferecido pelos ciganos ele surge montando uma mula. A canção que toca neste momento é a música-tema de Two Mules for Sister Sara (1970).
Precedido por Sherlock Holmes (2009).