왓슨과 더 많은 시간을 보내기 위해 왓슨의 부인과 경쟁하는 홈즈 앞에 또 한 번 세상에서 가장 명석한 두뇌를 증명할 과제가 주어진다! 셜록 홈즈는 유럽 에서 발생하는 연쇄 폭탄 테러사건, 강대국들의 전쟁 위기고조, 미국 철강 왕 의 죽음 등 전세계에서 벌어지는 풀리지 않는 사건들이 모두 연결되어 있고 그 배후에 평생의 숙적 모리아티 교수(자레드 해리스)의 더 큰 음모가 숨겨 져 있음을 직감한다. 조사 과정에서 만나게 된 집시이자 점술가인 묘령의 프랑스 여인 심(노미 파 라스)을 통해 살인사건에 대해 정보를 얻지만 이를 계기로 여인은 킬러의 다 음 목표물이 된다. 이에 홈즈는 그녀의 목숨을 구하기 위해, 그녀는 죽음을 피하기 위해 홈즈에게 협조하고 대륙을 넘나드는 험난한 모험 앞에서 교활한 모리아티 교수는 항상 한 발 먼저 죽음의 덫을 놓고 기다린다. 모리아티 교수의 계획이 성공하게 되면 역사가 뒤바뀔 정도로 세상은 위험해 진다.
