大侦探福尔摩斯（小罗伯特·唐尼 Robert Downer Jr. 饰）即使在置人于死地之时也异常的逻辑清晰，然而办案时有条不紊的他在私底下的生活中简直就是个“怪胎”，至少在他的助手华生医生（裘德·洛 Jude Law饰）眼中他是这样一个人。他们亲手绳之以法的“黑暗巫师”布莱克大人（马克·斯特朗 Mark Strong 饰）在临死前说死亡即是开始，随后艾琳·艾德勒（瑞秋·麦克亚当斯 Rachel McAdams 饰）出现在他的身边要他帮忙找个失踪的人，而她身边有个影子般可怕人物。坊间传说黑暗巫师已经复活，他的墓地遭到破坏，而躺在棺材里的人另有其人。又到了大侦探福尔摩斯出马的时候了，然而调查过程从一开始就险象环生，助手华生医生在调查中更是险些丧命，福尔摩斯也陷入连串的迷团之中。

电影描绘了电视剧版发生的故事之后，两人再次相遇，再一次作为搭档开始接受工作委托后的最初的案件。福尔摩斯研究家和福尔摩斯粉丝称为“夏洛克·福尔摩斯”系列史上最高杰作的长篇杰作《巴斯卡维尔的猎犬》的故事作为原案。日本屈指可数的资本家委托若宫为他搜寻女儿绑架未遂事件的犯人。但在那之后，资本家留下庞大的遗产，离奇地死去。为了探听资本家的死和绑架事件的真相，狮子雄和若宫降落在濑户内海的某个岛上。等待他们的是，一个一个都很难对付的华丽一族和奇怪的关系者们。和周围阻断的这个岛上，人们窃窃私语着传说中会袭击人的可怕魔犬的所作所为。连锁反应一样接二连三地发生了案件。复杂的人际关系和交错的现在与过去。这是不能打开的“潘多拉之盒”吗？同时若宫也面临着穷途末路的危机。这时候，狮子雄的决断是？这之后，两人终于抵达的可怕真相又是？