Vuonna 1896 Sherlock Holmes sotkeutuu yllättäen pahaenteiseen salaliittoon. Samaan aikaan nuori amerikkalaisnainen Amelia saa tietää, että hänen kadonnut isänsä saattaa olla legendaarinen etsivä. Amelia matkustaa Lontooseen ja etsii käsiinsä Holmesin. Sherlock joutuu kohtaamaan tämän nuoren naisen, joka väittää olevansa hänen tyttärensä. Huolimatta erilaisista taustoista kaksikon on työskenneltävä yhdessä. Pystyvätkö he ratkaisemaan salaliiton, entä saavatko he selvyyden siitä onko Amelia todella Sherlockin tytär?