大侦探福尔摩斯（小罗伯特·唐尼 饰）和他的助手华生医生（裘德·洛 饰）亲手绳之以法的“黑暗巫师”布莱克大人在临死前说死亡即是开始，随后艾琳·艾德勒出现在他的身边要他帮忙找个失踪的人，而她身边有个影子般可怕人物。坊间传说黑暗巫师已经复活，他的墓地遭到破坏，而躺在棺材里的人另有其人……

奥地利皇储突然自杀案件，让沉寂6个月的福尔摩斯再次启动。这次，福尔摩斯有了一个强有力的对手——智力上与福尔摩斯相当的莫里亚蒂教授。为了调查清楚皇储的自杀案件，福尔摩斯与华生，在吉普赛占星师西姆的帮助下，和莫里亚蒂展开了在整个欧洲大陆上的较量，从英国到法国、德国……虽然被称为最聪明的人，但是莫里亚蒂教授仿佛能预知福尔摩斯的行踪，都能先一步福尔摩斯逃之夭夭。莫里亚蒂教授死亡名单上的人一个个被抹杀，历史可能就此被改编，面对如此强大的对手，福尔摩斯如何应对？