アーサー・コナン・ドイルの有名な探偵小説に大胆なアレンジを加え、アクションたっぷりのミステリーとして世界中で大ヒットを記録した「シャーロック・ホームズ」（09）の続編。原作でも宿敵として描かれている天才犯罪者モリアーティ教授の恐るべき野望を打ち砕くため、おなじみ名探偵ホームズと助手のワトソンが大冒険をくり広げる。
　前作に続いてガイ・リッチーが監督を務め、ホームズ役にロバート・ダウニー・ジュニア（「アイアンマン」）、ワトソン役にジュード・ロー（「コンテイジョン」）。共演はノオミ・ラパス、ジャレッド・ハリス、レーチェル・マクアダムズ、スティーヴン・フライ、ケリー・ライリー、エディー・マーサンほか。
１８９１年、ドイツとフランスの対立激化に伴い、ヨーロッパ各地で爆弾テロが続発、人々は不安に慄いていた。そんな中、ロンドンでは美しき女泥棒アイリーン（レーチェル）が不審な行動を見せていた。その後をこっそり尾ける男が一人。名探偵シャーロック・ホームズ（ダウニー・ジュニア）だ。アイリーンが危険な人物とつながっていることを心配したホームズは、彼女から秘密の手紙を奪い去る。ついでに夕食の約束も取り付けて。だが彼女はその席に現われることはなかった。
　一方、ホームズの周辺でも慌しい動きが。事件のたびにいつも助手を務めるハメになる親友ワトソン博士（ロー）が、ついに結婚することになったのだ。前祝いと称してワトソンを怪しげな酒場へ連れ出すホームズ。そこで彼は、兄であり英国政府の高官であるマイクロフト（フライ）と落ち合うが、実は真の目的は他にあった。