斯特兰奇博士（本尼迪克特·康伯巴奇 饰）是一名外科手术医生，他拥有着高超的智商和精湛的技艺，是医院乃至整个医学界的传奇人物。某一日，斯特兰奇博士遭遇了一场可怕的车祸，尽管保住了双手，但这双手伤痕累累不住颤抖，这也就意味着，他再也不能拿起手术刀，站在无影灯下了。
斯特兰奇博士的生活就此失去了意义陷入了绝望之中，他决定远赴尼泊尔，寻找传说中能够治愈他双手的神秘力量。在尼泊尔，风尘仆仆的斯特兰奇博士拜入了神秘的古一法师（蒂尔达·斯文顿 饰）门下，成为了其弟子，与此同时，古一法师曾经的弟子卡西利亚斯（麦斯·米科尔森 饰）亦在虎视眈眈，企图完成他获得永生的大业。

“聚焦”是波士顿环球报的一个专栏，罗比·罗宾森（迈克尔·基顿饰）是"聚焦"栏目的编辑，栏目拥有一个独立的调查小组，组员包括萨夏·菲弗（瑞秋·麦克亚当斯饰），迈克尔（马克·鲁弗洛饰），马特·卡罗尔（布莱恩·达西·詹姆斯饰）。当马蒂·巴伦（列维·施瑞博尔饰）接替了环球报的总编辑一职，他开始指派罗宾森和他的团队，紧跟一桩被雪藏已久的案件，一个天主教牧师性骚扰教区里的孩子。虽然最开始他们以为这只是个小任务，但很快他们就发现，其背后还隐藏一系列事件，涉及了上百名受害者，而教会已经私下赔偿了受害者，并派人掩盖了这些罪行。随着调查的越发深入，他们发现这一阴谋的更多证据，不仅仅是神职人员，就在波士顿以外，甚至全世界，都在上演着这种暴行。罗宾森和他的团队遭遇到了当地官员们的掣肘。教会内的，教会外的势力都在向他们施压，想让他们放弃这个案件。

比利·霍普（杰克·吉伦哈尔 Jake Gyllenhaal 饰）曾是一位知名的左撇子拳击手，他靠着冷酷野蛮的出拳，为自己赢得拳王的荣耀。一次枪击意外，打破了他和妻子莫琳（瑞秋·麦克亚当斯 Rachel McAdams 饰）及女儿莱拉（乌娜·劳伦斯 Oona Laurence 饰）的幸福生活。比利开始自暴自弃、酗酒吸毒，女儿也将被送往福利机构。这时，他幡然醒悟，并在教练提克（福里斯特·惠特克 Forest Whitaker 饰）的帮助下重返拳击界，以挽回女儿的尊重和爱，以及自己职业生涯的希望……

奥地利皇储突然自杀案件，让沉寂6个月的福尔摩斯（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）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（杰瑞德·哈里斯 Jared Harris 饰）。为了调查清楚皇储的自杀案件，福尔摩 斯与华生（裘德·洛 Jude Law 饰），在吉普赛占星师西姆（劳米·拉佩斯 Noomi Rapace 饰）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？

大侦探福尔摩斯（小罗伯特·唐尼 Robert Downer Jr. 饰）即使在置人于死地之时也异常的逻辑清晰，然而办案时有条不紊的他在私底下的生活中简直就是个“怪胎”，至少在他的助手华生医生（裘德·洛 Jude Law饰）眼中他是这样一个人。他们亲手绳之以法的“黑暗巫师”布莱克大人（马克·斯特朗 Mark Strong 饰）在临死前说死亡即是开始，随后艾琳·艾德勒（瑞秋·麦克亚当斯 Rachel McAdams 饰）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。又到了大侦探福尔摩斯出马的时候了，然而调查过程从一开始就险象环生，助手华生医生在调查中更是险些丧命，福尔摩斯也陷入连串的迷团之中。
本片根据著名同名漫画改编，作者莱昂纳尔·威格拉姆（Lionel Wigram）。2010年第82届奥斯卡最佳艺术指导、最佳配乐2项提名、第67届金球奖音乐/喜剧类最佳男主角Robert Downey Jr.