ในลอนดอนยุควิกตอเรีย เชอร์ล็อค โฮล์มส์ (Robert Downey Jr.) นักสืบอัจฉริยะ และ ดร.จอห์น วัตสัน (Jude Law) คู่หูคนสนิท สามารถจับกุม ลอร์ดแบล็ควู้ด ฆาตกรต่อเนื่องที่คลั่งไคล้ศาสตร์มืดได้สำเร็จ แต่ก่อนจะถูกประหาร แบล็ควู้ดได้เตือนว่าความตายทำอะไรเขาไม่ได้ และเมื่อเขากลับมาจากหลุมศพเพื่อเริ่มแผนการยึดครองประเทศด้วยอาคมและเทคโนโลยีลึกลับ โฮล์มส์จึงต้องใช้ตรรกะและการวิเคราะห์ขั้นสูงเพื่อเปิดโปงแผนลวงโลกครั้งใหญ่ที่สุดที่เขาเคยเจอ