1895. Pour la première fois de sa carrière, Sherlock Holmes semble avoir trouvé un adversaire à sa mesure. Le célèbre détective ne parvient pas à résoudre une sinistre affaire au cœur de Londres. Dos au mur, il va devoir compter sur l'aide inattendue d’Amelia, une jeune Américaine tout juste débarquée en Angleterre et qui prétend ... être sa fille ! Ensemble, l'improbable duo devra déjouer un complot international, résoudre le mystère derrière la mort de la mère d'Amélia, et découvrir si la jeune prodige est bien la fille du légendaire Sherlock.