أما شيوخه: فقد روى عن أبيه وإسماعيل بن أبي خالد، وأيمن بن نابل، وعكرمة بن عمار، وهشام بن عروة، والأعمش، وتوبة أبي صدقة، وجرير بن حازم، وعبد الله بن سعيد بن أبي هند، ومعروف بن خربوذ، وابن عون وغيرهم.
وأما تلامذته: فقد روى عنه أبناؤه: سفيان، ومليح، وعبيد ومستمليه محمد بن أبان البلخي، وروى عنه شيخه سفيان الثوري، وأحياناً يروي الشيخ بعض الأحاديث عن بعض تلامذته من أجل أن يرفع شأن تلميذه، كما روى الإمام البخاري حديثاً عن الترمذي، والترمذي من تلامذة البخاري، وكان الترمذي يفرح بذلك ويقول: هذا رواه عني محمد بن إسماعيل.
وروى عنه أيضاً عبد الرحمن بن مهدي وهو في نفس الطبقة، وأحمد، وعلي -يعني: ابن المديني - ويحيى -يعني: ابن معين - وإسحاق بن راهويه، وابن أبي شيبة، وأبو حنيفة، والحميدي، والقعنبي، والأشج، وعلي بن خشرم، ومسدد وغيرهم.