En todo el mundo se están produciendo llamativas noticias: un escándalo acaba con un potentado del algodón de la India, un comerciante de opio chino fallece de una aparente sobredosis, estallan bombas en Estrasburgo y Viena, fallece un magnate del acero estadounidense... Nadie ve ninguna conexión entre estos acontecimientos aparentemente aleatorios, excepto el famoso detective Sherlock Holmes (Robert Downey Jr.), que ha adivinado una red deliberada de muerte y destrucción. Y en su centro, como una araña especialmente siniestra, está el profesor James Moriarty (Jared Harris), una mente maestra del crimen que auna su capacidad para el mal con una total falta de conciencia. La investigación por parte de Holmes del plan de Moriarty se torna más peligrosa cuando le hace abandonar Londres, junto a Watson, para dirigirse a Francia.
