Mistrzowi dedukcji, Sherlockowi Holmesowi (Benedict Cumberbatch), i weteranowi wojennemu, Johnowi Watsonowi (Martin Freeman), udaje się wymknąć ze śmiertelnie niebezpiecznej pułapki Moriarty'ego (Andrew Scott). Wkrótce dzięki wciąż rosnącej popularności bloga, który prowadzi Watson, detektywistyczny duet zyskuje nie tylko zlecenia - których większość Sherlock odrzuca jako "nudne" - ale i bardzo niepożądaną w tym fachu sławę i zainteresowanie mediów. W trakcie dość rutynowego śledztwa otrzymują zaproszenie do... Pałacu Buckingham. Obiektem śledztwa będzie emanująca seksapilem domina, Irene Adler (Lara Pulver), a stawką w sprawie nietypowego szantażu okaże się reputacja monarchii brytyjskiej.