เรื่องราวของ เอโนลา (มิลลี่ บ็อบบี้ บราวน์) น้องสาวคนเล็กของ เชอร์ล็อค (เฮนรี่ คาวิลล์) และ ไมครอฟต์ โฮล์มส์ (แซม แคลฟลิน) ที่กลายมาเป็นนักสืบยอดฝีมือด้วยตัวของเธอเอง ในวันเกิดครบรอบ 16 ปีของเธอ แม่ของเธอได้หายตัวไป ทำให้นักสืบวัยกระเตาะต้องลงมือสืบหาความจริงที่เกิดขึ้น โดยมีพี่ชายทั้ง 2 คอยช่วยเหลือ แต่เหนือยิ่งกว่าการที่จะช่วยเหลือเธอพี่ชายทั้ง 2 กลับอยากจะส่งเธอกลับไปเรียนให้จบซะมากกว่า และแล้ว เอโนลา ก็ตัดสินใจหนีไปลอนดอนเพื่อตามหาแม่ ซึ่งนั่นทำให้เธอต้องเผชิญหน้ากับเหล่าตัวละครมากสีสันในระหว่างที่ตามหาแม่ของเธอ