С 1876 по 1881 год Дойль учился в Медицинской школе Эдинбургского университета. Во время учёбы в медицинской школе он начал писать рассказы, некоторые из которых были опубликованы. После окончания он будет работать на китобойном судне. В конце концов, в 1885 году он получил степень доктора медицины, в то время в Англии это была ученая степень, выходящая за рамки медицинских степеней.
Некоторое время Дойль работал в Саутси, курортной зоне в Хэмпшире, Англия. Там он будет практиковать медицину с бывшим одноклассником. Эти двое не ладили, и в конце концов Дойль оставил практику, чтобы начать свою собственную. Его собственная практика была не очень активна, и он писал художественные произведения, чтобы убить время между пациентами.
Дойль изо всех сил пытался опубликовать свои первые рассказы о Шерлоке Холмсе. В 1886 году ему дали 25 фунтов стерлингов за права на «Этюд в багровых тонах», который позже будет опубликован в журнале. Как только публика вошла во вкус к рассказам о Шерлоке Холмсе, их стали публиковать все больше и больше. В 1891 году Дойль неоднозначно относился к своему самому известному творению. В письме к матери он говорил об убийстве персонажа Холмса. Его мать ответила: «Ты не будешь! Ты не можешь! Ты не должен!». В 1893 году Дойл заставил Холмса и профессора Мориарти разбиться насмерть у Рейхенбахского водопада. В конечном итоге Холмс вернулся в 1901 году в «Собаке Баскервилей» из-за общественного протеста по поводу смерти Холмса. Холмс вернется позже в других историях, когда Дойл напишет в сюжетной линии, что на самом деле только Мориарти пал насмерть и что Холмс инсценировал свою смерть, чтобы избежать своих более опасных врагов.
Помимо рассказов о Шерлоке Холмсе, самой известной работой Дойля был «Затерянный мир» – рассказ о группе исследователей в бассейне Амазонки, которые обнаруживают плато с динозаврами и другими доисторическими животными.
После смерти жены в 1906 году и других членов семьи Дойль стал большим сторонником спиритуализма. Дойль писал художественные и научно-популярные книги на тему спиритуализма. В 1922 году он напишет книгу «Пришествие фей». В книге он каталогизировал теории о существовании фей и духов.
Стойкая защита Дойлем спиритуализма привела его к конфликту с различными группами и отдельными людьми. Не последним из которых был Гарри Гудини. В начале 1920-х двое мужчин были друзьями. После того, как мать Гудини скончалась, Гудини начал разоблачать популярных спиритуалистов и медиумов того времени. Дойль был возмущен и в конце концов пришел к выводу, что Гудини сам обладал способностями, когда трюк, выполненный Гудини, должен был убедить Дойля в том, что все вещи, которые он видел, были иллюзиями, что еще больше укрепило веру Дойля в спиритуализм.