Face à l'engouement généré par le premier opus, Warner Bros. a immédiatement envisagé une suite. Pour ce faire, Guy Ritchie a été contraint de repousser à plus tard son adaptation de Lobo (un personnage de l'univers DC Comics). Robert Downey Jr. a, quant à lui, dû se désengager de Cowboys & envahisseurs.
Les inconditionnels des nouvelles de Sherlock Holmes, écrites par Sir Arthur Conan Doyle, remarqueront que les scénaristes de Sherlock Holmes 2 : Jeu d'ombres (les époux Kieran et Michele Mulroney) ont rendu hommage à l’écrivain en ponctuant les dialogues du film par ses propres tournures stylistiques. Il en va d'une volonté des scénaristes à demeurer le plus fidèle possible à la description du "méchant" de l'histoire, Moriarty (Jared Harris), ainsi qu’à celle des deux héros.
Jared Harris, alias Professeur Moriarty, campe l’homme qu’il décrit comme le premier "super-méchant" de la littérature moderne : "Il doit se comporter de manière à justifier l’estime dans laquelle le tient Sherlock Holmes car il incarne une terrible menace. Il faut qu’on puisse croire au fait qu’il est aussi malin que Holmes – peut-être même plus malin – à l’image d’un maître des échecs, capable d’avoir plusieurs coups d’avance sur son adversaire. Mais en réalité, c’est un redoutable sociopathe, ce qui en fait un personnage très amusant à jouer", explique le comédien.
Le Richmond Park de Londres a servi de décor pour le campement tzigane où Holmes (Robert Downey Jr.) et Watson (Jude Law) localisent Sim (Noomi Rapace). Un café parisien, à l’ombre de la Tour Eiffel (édifice révolutionnaire à l’époque), a également été spécialement construit pour les besoins du film aux abords d'Hampton Court et son palace royal. Enfin, le quartier londonien de Greenwich a lui aussi abrité des scènes d’extérieurs censées se dérouler cette fois-ci autour de l’Opéra de Paris.
Le célèbre compositeur allemand Hans Zimmer (La Ligne rouge, Gladiator, Inception), qui avait signé la bande originale du premier opus, est de retour avec Sherlock Holmes 2 : Jeu d'ombres. En plus de reprendre le thème d'origine, le compositeur a écrit une nouvelle musique pour le personnage de Moriarty (Jared Harris), tout en souhaitant rendre hommage à la culture tzigane de Sim (Noomi Rapace). Il s’est ainsi rendu dans des campements de gitans en Slovaquie, où il a été frappé par le sens musical aigu de ces gens.
Le consultant technique des combats, Eric Oram, qui entraîne Robert Downey Jr. depuis des années au Kung-fu Wing Chun, a de nouveau collaboré avec le comédien pour mettre au point le style de combat très instinctif de son personnage de Sherlock Holmes. Jared Harris, qui incarne son ennemi juré Moriarty, s'est quant à lui initié à un style de combat plus traditionnel : la boxe anglaise, sous les conseils d'un ancien sportif devenu cascadeur, Franklin Henson.
A l'instar du premier opus, Philippe Rousselot (directeur de la photographie) et Guy Ritchie ont utilisé la caméra numérique à haute vitesse "Phantom" pour transposer visuellement la fameuse "Holmes-o-vision", autrement dit les prévisions mentales quasi instantanées du détective lors de ses combats.
Si Robert Downey Jr. est au sommet de sa carrière, aujourd'hui à 46 ans, c'est un peu grâce à Joel Silver, le producteur de Sherlock Holmes : Jeu d'ombres. En effet, ce dernier avait remis l'acteur sur le droit chemin en 2005, après une période sombre et addictive, en lui offrant le rôle titre de Kiss Kiss Bang Bang.
Leslie S. Klinger, auteur de plusieurs nouvelles consacrées au célèbre détective, a été engagé en tant que consultant sur Sherlock Holmes 2 : Jeu d'ombres. Il inspira également la production à choisir le titre du film puisqu'il suggéra que ce nouvel opus s'appelle "Sherlock Holmes : Le Grand Jeu".
Les idées n'ont pas manqué au département marketing de la Warner afin de promouvoir le film de la meilleure manière possible. Après des affiches spécialement dédiées à Sherlock Holmes (Robert Downey Jr.), au Docteur Watson (Jude Law), à Moriarty (Jared Harris) et à Irène Adler (Rachel McAdams), ce fut au tour de Gladstone, le fameux bulldog des deux détectives du film, de posséder sa propre affiche. Pas sûr que les autres comédiens aient apprécié qu'un chien leur vole la vedette !
Les acteurs Robert Downey Jr. (Sherlock Holmes) et Jared Harris (Moriarty) se retrouvent pour la seconde fois de leur carrière après s'être déjà donné la réplique dans Tueurs nés (1994) d'Oliver Stone.
125, comme le nombre de millions de dollars de budget pour ce Sherlock Holmes : Jeu d'ombres. Il s'agit du film le plus cher réalisé par Guy Ritchie. A titre de comparaison, suivent Sherlock Holmes (90 millions), RockNRolla (18 millions), Revolver (12 millions), A la dérive (10 millions), Snatch (8 millions) et enfin Arnaques, crimes et botanique (1,35 millions).
Alors que le projet n'en était qu'à ses balbutiements, Guy Ritchie a annoncé, avant même la sortie en salles de ce deuxième opus, que Drew Pearce, scénariste d’Iron Man 3, avait déjà signé pour l'écriture de Sherlock Holmes 3.
Pour le rôle de Moriarty, de nombreux acteurs ont été considérés : Brad Pitt, Gary Oldman, Daniel Day-Lewis, Sean Penn et Javier Bardem. C'est finalement Jared Harris (vu dans la série Mad Men) qui a été choisi pour camper le personnage. De même, avant que Noomi Rapace ne soit sélectionnée pour incarner Sim, Sophie Marceau, Audrey Tautou, Juliette Binoche, Virginie Ledoyen, Eva Green, Marion Cotillard ou encore Cécile de France avaient été envisagées.
Bien avant que Jared Harris ne soit engagé, les discussions et les rumeurs sur le comédien censé incarner Moriarty ont été plus que nombreuses, repoussant en permanence l'échéance du casting. La raison ? La production souhaitait que ce personnage ne soit pas éclipsé par une quelconque vedette.
Le personnage que campe Noomi Rapace, Sim, n’était pas encore totalement étoffé lorsqu’elle a été choisie lors du casting final. L’actrice a donc beaucoup participé à la construction de son rôle en s'impliquant dans l'écriture de certaines de ses scènes.
Le film sort bien en 2D sur nos écrans, et non en 3D comme certaines rumeurs le prétendaient.
L’histoire de Sherlock Holmes : Jeu d'ombres commence environ six mois après les événements du premier long métrage.
Du mercredi 2 au vendredi 4 février 2011, la ville de Strasbourg a été mise à contribution pour le tournage de la scène de l'attentat, devant la célèbre cathédrale. Le "maquillage" de la ville (pour lui donner un "aspect 1891") a pris deux semaines, et des enseignes en langue allemande ont été ajoutées aux magasins, car l'Alsace était alors dans l'Empire allemand. Environ 220 comédiens et techniciens, 250 figurants et de nombreux chevaux ont participé à cette séquence de quelques minutes seulement à l'écran. Une cinquantaine de techniciens et d'artisans ont été embauchés pendant ce mois de préparation, et pour le tournage.
Outre Thierry Neuvic, sont présents au casting les jumeaux du film Donne-moi la main : Victor Carril et Alexandre Carril, qui campent les complices de Moriarty. Ce, grâce à Robert Downey Jr., qui avait vu le film et souhaitait jouer avec eux en particulier. Gilles Lellouche avait également été annoncé lorsque le film était en tournage. La participation du comédien a finalement été coupée au montage.