破案成为首名侦探之后，伊诺拉·福尔摩斯（由米莉·波比·布朗饰演）沿着著名兄长夏洛克（亨利·卡维尔饰）的道路前进，在自己的侦探事务所中打拼，却发现自己从事的职业远没有看起来那么简单。当她正打算面对成人世界的严苛现实而关门大吉之时，一位流落街头的女孩为了生计找上门来委托她找到走失的亲人——这也成了她的首个任务。然而，这项工作超乎了最初的设想，因为它将带伊诺拉进入更加错综复杂的境地；从此以后，她会体验到来自伦敦阴暗作坊及热闹歌舞剧院之间的反差，并深入上层社会以及贝克街221B号住宅。逐渐被一系列潜在威胁揭露的秘密深深吸引住的同时，伊诺拉必须依靠新结识的朋友甚至夏洛克本人的力量去弄清这一切背后的真相。很快，这次探寻的线索便变得更加模糊莫测起来。