Shinichi Kudo è un liceale di 17 anni e, nonostante la giovane età, è un abilissimo investigatore che spesso collabora con la polizia risolvendo casi molto complicati. Grande fan di Sherlock Holmes, sogna di emularne le gesta e di diventare «l'Holmes del nuovo millennio». Un giorno, recatosi con l'amica d'infanzia Ran Mori al Tropical Land, un parco divertimenti, assiste in prima persona a un sanguinoso caso di omicidio sulle montagne russe riuscendo, poco dopo, a risolverlo e a smascherare il colpevole. Prima di tornare a casa assiste allo scambio di un'ingente somma di denaro tra due uomini; uno di loro è vestito completamente di nero e fa parte di una misteriosa organizzazione criminale, che Shinichi chiama semplicemente Organizzazione nera. Preso da ciò che sta accadendo davanti ai suoi occhi Shinichi non si accorge dell'arrivo alle sue spalle di un altro affiliato e finisce col venire scoperto e catturato; essendo un testimone scomodo i due uomini decidono di ucciderlo somministrandogli una sostanza chiamata APTX4869 e lo abbandonano privo di sensi. Il farmaco, tuttavia, ha un effetto ben diverso sul giovane: lo ringiovanisce di dieci anni.

Shinichi si rifugia dal vicino di casa, il professor Hiroshi Agasa e, seguendo il consiglio di quest'ultimo, decide di nascondere la propria identità ai conoscenti, onde evitare la possibile scoperta da parte dell'organizzazione della sua reale sorte. Per questo motivo, alla domanda di Ran sull'identità del bambino, il ragazzo, guardando alcuni titoli di libri su uno scaffale, inventa sul momento il nominativo di Conan Edogawa, prendendo spunto dai libri di Arthur Conan Doyle e Ranpo Edogawa che scorge sulla libreria di casa. Il professor Agasa suggerisce al ragazzo di trasferirsi a casa di Ran e di suo padre, Kogoro Mori, un detective di seconda categoria.

Da questo momento in poi Conan risolverà tutti i casi che verranno affidati a Kogoro o con cui verrà a contatto insieme con i suoi nuovi amici, con cui forma la squadra dei Detective Boys. Non potendo permettersi di destare sospetti sulla propria identità ogni volta utilizza un «orologio spara aghi soporiferi» per addormentare Kogoro (o chi per lui) e un «modulatore vocale papillon» per imitarne la voce, tutte invenzioni del professor Agasa, ideatore anche di altri strumenti utili a Conan nel corso delle indagini.

È in questo modo che continuerà a investigare alla ricerca della più piccola prova che lo riavvicini all'Organizzazione. Con il prosieguo dei casi verrà fortuitamente a conoscenza dei nomi in codice dei due individui responsabili del suo restringimento, Gin e Vodka. In un secondo momento irromperà sulla scena Ai Haibara, ex-membro dell'Organizzazione e creatrice dell'APTX4869, fuggita dopo avere assunto tale sostanza. In seguito la storia vedrà la comparsa di molti personaggi collegati alla trama principale, e l'entrata in scena dell'FBI, della CIA e dei servizi segreti Giapponesi; nonché di ulteriori componenti dell'Organizzazione nera, come Vermouth, Kir, Chianti, Korn, Bourbon, Rum e Calvados

Così Conan, con l'aiuto di Ai Haibara, Shuichi Akai e Jodie Starling dell'FBI, continua la sua caccia agli «uomini in nero», alla ricerca dell'antidoto che lo renderà nuovamente un ragazzo di 17 anni.