ในปี 1891 ณ กรุงลอนดอน เชอร์ล็อก โฮมส์ (โรเบิร์ต ดาวนีย์ จูเนียร์) ผู้มีชื่อเสียงในการเสาะหาความจริงในเบื้องลึกแห่งปริศนาสุดซับซ้อน ด้วยความช่วยเหลือจาก นายแพทย์จอห์น วอตสัน (จู๊ด ลอว์) ชื่อดังซึ่งหาผู้มีฝีมือทัดเทียมได้ยากในการไขคดีอาชญากรรมทุกรูปแบบ ไม่ว่าจะด้วยพลังแห่งการสังเกตอันเป็นเอกลักษณ์ ทักษะการอนุมานอันโดดเด่น หรือพลังหมัดอันรุนแรงของเขา

แต่พายุร้ายกำลังก่อตัวเหนือลอนดอน การข่มขู่ซึ่งไม่เหมือนกับอะไรทั้งหมดที่โฮมส์เคยเผชิญหน้ามาก่อน และเป็นความท้าทายที่เขากำลังมองหาอยู่พอดี หลังจากคดีฆาตกรรมโหดร้ายในพิธีกรรมอย่างต่อเนื่อง โฮมส์และวอตสันไปถึงทันเวลาช่วยชีวิตเหยื่อรายล่าสุด และเผยโฉมหน้าฆาตกร ลอร์ดแบล็กวุด (มาร์ก สตรอง) ซึ่งสร้างความหวาดกลัวให้กับทั้งบรรดาเพื่อนร่วมคุกและเหล่าผู้คุม กับการที่เขาดูเหมือนจะเชื่อมโยงกับพลังด้านมืด ได้เตือนโฮมส์ว่าความตายไม่มีอำนาจเหนือเขา และที่จริงแล้วการประหารนั้นจะเป็นไปตามแผนการของแบล็กวุด และเมื่อทุกอย่างเกิดขึ้น แบล็กวุดก็ทำตามสัญญา การฟื้นคืนชีพของเขาสร้างความตื่นตระหนกให้กับลอนดอนและความทึ่งให้กับสกอตแลนด์ยาร์ด แต่สำหรับโฮมส์แล้ว สิ่งที่เกิดขึ้นเป็นเกม พวกเขากำลังแข่งกับแผนการมฤตยูของแบล็กวุด โฮมส์ต้องกระโจนสู่โลกแห่งศาสตร์มืดและตกตะลึงกับเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่ซึ่งตรรกะอาจเป็นอาวุธที่ดีสุดในการต่อสู้กับอาชญากรรมในบางครั้ง แต่หมัดฮุกขวาแม่น ๆ ก็มักจะช่วยไว้ได้เสมอ