Sherlock Holmes hűséges társa dr. Watson felfedezi, hogy barátja, a század legnagyobb nyomozózsenije kóros kokain-függőségben szenved és elméje megbomlani látszik. Egy nyomozás ürügyén Bécsbe csalja Holmes-t, hogy ott kezeltesse Siegmund Freud professzorral. A kezelés folyamán be kell avatkozniuk. a professzor egyik betegének, Lola Devereux esetének felderítésébe. Igy a világ két nagy nyomozóelméjének módszerei közelítenek egymáshoz...
Sherlock Holmes (James D'Arcy), a fiatal detektív máris nagy hírnévre tesz szert bámulatos logikájával és eredményességével. London sötét utcáin azonban rettenetes gyilkosságsorozat veszi kezdetét az ópiumkereskedelem feletti hatalom megszerzéséért, amelynek a hátterében a titokzatos Moriarty professzor (Vincent D'Onofrio) áll. Az a Moriarty, aki a szóbeszéd szerint a halottaiból támadt fel és fekete mágiával tartja rettegésben a várost.
Gene Wilder játsza Sherlock Holmes testvérét, akit végtelenül bosszant, hogy oly sokáig kellett híres testvére árnyékában élnie. Amikor Sherlock a kontinensre utazik, átenged egy ügyet a lelkes amatőrnek, aki megpróbálja megoldani a bátyjától ellesett módszerekkel.