Dünyanın en ünlü ve zeki dedektiflerinden Sherlock Holmes (Robert Downey Jr.) ve 'ortağı' Dr. Watson (Jude Law) bu sefer Londra’nın dışına çıkarak Fransa, Almanya ve İsviçre’ye yol alacakları yeni ve tehlikeli bir maceraya sürükleniyorlar. Onlardan hep bir adım önde olan kurnaz ve vicdansız Profesör Moriarty (Jared Harris) ise -ki Holmes en zeki olma unvanını ona kaptırmak üzere- büyük bir laneti değiştirecek planların peşindedir. Kahramanlarımız ise ne olursa olsun Moriarty durdurmaya kararlı.
