Шерлок Холмс всегда и везде был самым умным… до сего момента. Пока не появился криминальный гений — профессор Мориарти (Джаред Харрис), не просто равный Холмсу в плане интеллекта, а такой, что его злодейская натура и абсолютная беспринципность могут дать ему фору перед прославленным детективом. Когда кронпринц Австрии был найден мертвым, все улики, по мнению инспектора Лестрейда (Эдди Марсан), указывали на самоубийство. Но Шерлок Холмс приходит к выводу, что наследник престола был убит и это убийство — всего лишь маленький кусочек мозаики, созданной профессором Мориарти, на самом деле гораздо более грандиозной и зловещей. Совмещая приятное с полезным, Холмс разматывает преступный клубок, и ниточка приводит его в подпольный джентльменский клуб, где он и его брат Майкрофт Холмс (Стивен Фрай) поднимают тост за последнюю холостяцкую ночь в жизни доктора Ватсона. Именно там Холмс сталкивается с Сим (Номи Рапасе), цыганкой-предсказательницей, которая видит гораздо больше, чем говорит, и чья невольная связь с убийством принца превращает ее в следующую мишень. Холмсу едва удается спасти ее жизнь, а она в ответ неохотно соглашается помочь ему. Расследование оборачивается еще большей опасностью и ведет Холмса, Ватсона и Сим по всей Европе, из Англии во Францию, затем в Германию и наконец в Швейцарию. Но коварный Мориарти всегда на шаг впереди, он плетет паутину из смерти и разрушений, являющихся частью его великого плана, успех которого изменит ход истории.