Мемуаристами и исследователями романа указан ряд возможных реальных прототипов, душевные свойства или детали биографии которых были творчески преломлены автором при разработке характера и биографии различных персонажей романа. Выше анализировалось предположение Л. Ф. Достоевской о возможном отражении некоторых черт М. А. Достоевского (последних лет жизни) в характере Федора Павловича, — предположение, которое наглядно свидетельствует о том, что Достоевский пользовался при создании каждого из своих персонажей не одним, а множеством прототипов, черты которых служили ему лишь точкой отталкивания при решении его художественных задач. Указывалось выше и на возможность сближения характера Мити с психологическим обликом Ап. Григорьева, и на ту роль, которую сыграла при обдумывании основной сюжетной коллизии романа судьба мнимого отцеубийцы Д. Н. Ильинского. Часть других прототипов, автобиографических штрихов и реальных, жизненных мотивов, творчески преломленных писателем в «Карамазовых», раскрыты А. Г. Достоевской в ее воспоминаниях и заметках о романе. Так, ряд характерных фразеологических оборотов в речах старца Зосимы, по ее сообщению, восходит к аналогичным словам «старца Амвросия (оптинского подвижника, с которым Достоевский встречался во время своего посещения монастыря летом 1878 г. —
Позднейшими исследователями были выдвинуты предположения о некоторых других возможных старорусских прототипах отдельных персонажей «Карамазовых». В Зосиме различными учеными отмечались черты, допускающие сближение с Тихоном Задонским, упомянутым выше оптинским старцем Амвросием (1812–1891), старцем-пустынножителем, сыном смоленского воеводы, Зосимой-Захарием Тобольским (1767–1835), жизнь и деяния которого описаны в его «Житии» (1860), и рядом других духовных лиц. Указывалось на полемическое, пародийное переосмысление Достоевским в биографии Ракитина ряда деталей биографии Г. 3. Елисеева и Г. Е. Благосветлова, на возможное отражение в характере этого «семинариста-нигилиста» психологических черт М. В. Родевича — сотрудника «Времени» и воспитателя пасынка Достоевского П. А. Исаева. В Катерине Ивановне можно усмотреть некоторые черты сходства с первой женой писателя — М. Д. Исаевой. Наконец, близкое совпадение фамилий делает вероятным, что одним из прототипов г-жи Хохлаковой могла быть корреспондентка Достоевского, автор воспоминаний о нем писательница Л. X. Симонова-Хохрякова. Вскоре после выхода романа читатели и критика стали проводить параллель между фигурой Великого инквизитора и К. П. Победоносцевым. Такое сопоставление, которое делают также Г. И. Чулков и А. Зегерс, вряд ли входило в намерения Достоевского; тем не менее, если оценивать роман в более широкой исторической перспективе, едва ли его можно признать случайным. Более подробные сведения о прототипах различных персонажей см.: XV, 456–457.
Свои наблюдения и впечатления от русской жизни Достоевский на всем протяжении творческой истории «Братьев Карамазовых» пополнял чужими рассказами и впечатлениями. Стремясь широко и разносторонне запечатлеть в романе переходную эпоху жизни России 1870-х годов, посвящая отдельные его части описанию монастыря, уездного торгового города, жизни и настроениям гимназистов, судебному следствию и пореформенному суду, романист в процессе писания (что особенно характерно для работы именно над «Карамазовыми» и отличает процесс работы над этим произведением от процесса создания других романов) настойчиво обращается к знатокам и специалистам, консультируясь с ними по конкретным вопросам, связанным с деталями каждой изображаемой им сферы тогдашнего русского быта. В письме 1878 г. к педагогу В. В. Михайлову романист просил поделиться с ним своими наблюдениями над подрастающим поколением.