福尔摩斯一直是办案现场最聪明的人，然而如今，有一名隐藏着的犯罪首脑仍逍遥法外，那就是莫里亚蒂教授（杰瑞德哈里斯饰）。莫里亚蒂教授不仅仅跟福尔摩斯的智力不相上下，更加上他作恶多端的能力及丧尽天良的本性，很可能会使这位举世闻名的福尔摩斯侦探居于下风。
福尔摩斯的追查线索追到一间地下的绅士俱乐部，他和兄长迈克罗夫特·福尔摩斯（史蒂芬弗雷饰）向华生医生举杯祝酒，替他举办告别单身之夜。福尔摩斯在那里遇见年轻的吉普赛算命师希姆（欧蜜瑞佩斯 饰），她目睹了一些秘密却隐瞒不说，也不知自己已卷入了王储命案，这使她成为杀手的下一个目标，不过福尔摩斯在千钧一发之际救了她一命，作为报答她只好不情愿地答应帮助他。这场调查变得愈来愈诡谲危险，也使得福尔摩斯、华生和希姆横跨欧洲大陆，从英国追踪到法国、德国、最后追踪到瑞士，不过狡猾的莫里亚蒂教授总是早他们一步逃离，同时正意图布下死亡和毁灭的天罗地网，而这只是他更大计谋的一部分，如果他成功，历史将会被改变。