奥地利皇储突然自杀案件，让沉寂6个月的福尔摩斯（小罗伯特·唐尼 饰）再次启动。这次，福尔摩斯有了一个强有力的对手——智力上与福尔摩斯相当的莫里亚蒂教授。为了调查清楚皇储的自杀案件，福尔摩斯与华生（裘德·洛 饰），在吉普赛占星师西姆的帮助下，和莫里亚蒂展开了在整个欧洲大陆上的较量。莫里亚蒂教授死亡名单上的人一个个被抹杀，历史可能就此被改编，面对如此强大的对手，福尔摩斯如何应对？

影片讲述了一个20多岁的外行，为了营救被绑架的女友，他在一天的时间里被迫穿越一个越来越陌生和险恶的伦敦。