詹姆斯·莫里亚蒂教授 （ 拉尔夫·费因斯 饰）被指控一级谋杀，在法庭一连串罪行受审时，福尔摩斯 （ 威尔·法瑞尔 饰）突然出现指出这个人不是真正的詹姆斯·莫里亚蒂，而是一个替他顶罪的人，这个结果让雷斯特雷德警督 （ 罗伯·布莱顿 饰）大受挫折，因为雷斯特雷德为了这个案件花了三年时间才抓住詹姆斯·莫里亚蒂。一次宴会，福尔摩斯和华生 （ 约翰·C·赖利 饰）在一个生日蛋糕里发现尸体，一同出现的还有一张纸条，里面信息要求福尔摩斯在四天之内阻止他，否则会摧毁伦敦最伟大的奇迹并杀死女王，将改写历史。这时，女王命令福尔摩斯要阻止这个罪犯，并解决这个案件，福尔摩斯和华生两人开始调查 。