天文学知识空白、文学知识空白、哲学知识空白、政治学不及格--这就是歇洛克·福尔摩斯。可是，这又有什么关系？对这位世界上最伟大的私家侦探来说，能否完成缜密绝伦的推理、能否厘清最扑朔迷离的案情、能否破解最匪夷所思的案件、能否挑战最惊险刺激的冒险……这些，才是真正值得他关注并能给他带来无限快感的东西。讹诈、勒索、谋杀、离奇命案……这一次，声名显赫的歇洛克·福尔摩斯仍将叼着他的老烟斗，一脸精明悍练的表情，带领我们步入又一个惊心动魄、神秘诡异的历险之旅……

故事发生在1947年的英格兰，名声远扬的大侦探福尔摩斯（伊恩·麦克莱恩 Ian McKellen 饰）如今已是93岁高龄的老人了，晚年期间，他过着离群索居的生活，陪伴在他身边的只有管家芒罗夫人（劳拉·琳妮 Laura Linney 饰）和她的儿子罗杰（米罗·帕克 Milo Parker 饰）。
虽然已经不再过问江湖中的种种纷纷扰扰，但是对于福尔摩斯精彩的一生来说，仍旧有一些未解的谜团令他耿耿于怀。日渐僵硬的身体，每况愈下的记忆力和推理能力让他越发的意识到，现在，此刻，是他解开这些谜团的最后机会了。就这样，在缺少了老搭档华生的情况下，福尔摩斯独自开始了他的最后一次推理。

歇洛克·福尔摩斯的药物成瘾的根源来自他的内心，在自己和华生医生的努力下，他暂时摆脱了毒品。可是，问题并没有消除，只是潜伏下来了，并且潜伏得很深。在第三季季终，福尔摩斯不幸复吸，其父听闻这一消息后赶往纽约。华生则在丧偶后回到福尔摩斯身边。

艾琳·艾德勒/莫里亚蒂（娜塔莉·多默尔饰）被警方逮捕，福尔摩斯的生活恢复平静。一转眼，一个夏天过去了。得知伦敦警察厅巡官莱斯特雷德有难，福尔摩斯决定亲自前往伦敦帮助老朋友调查一起旧案。并非每个人都愿意看到福尔摩斯归来，他的兄弟麦考夫·福尔摩斯（瑞斯·伊凡斯饰）尤其不愿意见他。事实上，他们已经有好几年没有说过话了。福尔摩斯从来没有对任何人提起麦考夫，华生甚至不知道他还有个兄弟！而福尔摩斯怀疑华生想通过亲近麦考夫来套取自己小时候的秘密。

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.