A világ leghíresebb és legokosabb magándetektívje visszatér - és vár rá néhány nagy meglepetés. Végre emberére akad, nyomába eredhet annak a zseniális bűnözőnek, aki mindarra képes, amire ő csak a rossz szolgálatában. Moriarty professzor lelkiismeret-furdalás nélkül követi el a legvadabb bűntényeket. Ha érdekei úgy kívánják, még az osztrák koronaherceget is képes meggyilkolni. Miközben Watson az esküvőjére készül, társa nyakig merül az ügybe, és nemcsak a doktort, hanem saját, szintén zseniális bátyját és egy gyönyörű, de veszélyes jósnőt is magával ránt. Egész Európán keresztül folyik az üldözés, és a professzor egy lépéssel mindig előttük jár.
1947-et írunk. Az öregedő Sherlock Holmes (Ian McKellen) épp Japánból tér vissza, ahol egy erősítőnek hitt ritka növény után kutatva szembesülnie kellett a nukleáris háború pusztításával. A világtól elzárt tengerparti házacskájában Holmes méhészkedéssel tölti napjait, várja az elkerülhetetlen elmúlást. Bejárónője és annak fia, Roger, jelentik számára az egyetlen társaságot. Egykor oly éles elméje hanyatlásával viaskodva Holmes egyre inkább a fiúra támaszkodik, vele próbálja megoldani az esetet, ami nyugdíjba kényszerítette. Közben az élet és a szerelem nagy rejtélyeit is igyekszik sorra venni, mielőtt még túl késő lenne.
Úgy tűnik, sorozatgyilkos szedi áldozatait Londonban, Sherlock Holmes és dr. Watson pedig Gregson felügyelőt segíti a nyomok felderítésében. Holmes először Maude Fenwick révén kerül kapcsolatba az üggyel, aki felkéri arra, hogy járjon utána édesapjának, Sir George Fenwicknek, aki az utóbbi időkben meglehetősen furcsán viselkedik. A nyomozó egy rejtélyes és nagyon vonzó nő társaságában látja Sir Fenwicket, és mikor a nyomába szegődik, a nő elvezeti őt egy titokzatos hipnotizőr klubhoz, mi több, Holmes ősi ellenségéhez, Moriarty professzorhoz
Rejtélyes gyilkosságok tartják rettegésben London városát; az eberek nem mernek az utcára lépni. A rendőrség tehetetlen, ezért a kiváló nyomozóhoz, Sherlock Holmes-hoz fordulnak segítségért. Sherlock és segítője, Dr. Watson a nyomozás során arra a megállapításra jut, hogy a tettes a legmagasabb társadalmi réteg tagjai között keresendő...
Miután éveken keresztül megtartotta a titkát,az idős Watson elmeséli minden képzeletet felülmúló történetét.Holmes és Watson egy lángelme után nyomoznak, akiről úgy vélik, hogy szörnyeket tud rászabadítani az emberekre egyetlen jelzéssel.Egy hajótörés túlélője tengeri szörnyről számol be, aki lehúzta a hajójukat a mélybe,a londoniakat pedig egy dinoszaurusz tartja rettegésben,aki a város sebezhető pontjain portyázik Holmes-nak és Watsonnak meg kell állítania a gonosz zsenit, aki porig akarja rombolni Londont és meg akarja ölni a királynőt.