《偵探歌劇：少女福爾摩斯》主要就以將來要成為偵探的四個少女夏洛克、妮洛、艾露克露、柯蒂妮婭為中心展開的，這些登場的角色也各具性格。
1.夏洛克·雪莉福德：
配音：三森鈴子；
簡介：充滿陽光活力的美少女，周圍人壹般稱呼她為“夏洛”，是壹位外形甜美可愛的少女，特殊能力是移動物體。
2.艾露克露·伯頓：
配音：佐佐木未來；
簡介：性格內向，容易害羞的少女。朋友壹般稱呼她“艾莉”，喜歡讀書，特殊能力是能增大別人的力氣。
3.讓崎妮洛：
配音：德井青空；
簡介：從小養育著小動物，十分喜歡小動物，有從小動物那裏得到情報的能力。遇事沈著冷靜。
4.柯蒂妮婭·格拉卡：
配音：橘田泉；
簡介：偵探團四人中最年長的少女，在四人中好像大姐姐壹般。有“五感強化”的能力。