เรื่องราวของเอโนลา (มิลลี่ บ็อบบี้ บราวน์) น้องสาวคนเล็กของเชอร์ล็อค (เฮนรี่ คาวิลล์) และ ไมครอฟต์ โฮล์มส์ (แซม แคลฟลิน) ซึ่งกลายมาเป็นนักสืบยอดฝีมือด้วยตัวเธอเอง ในวันเกิดครบรอบ 16 ปีของเธอ แม่ของเธอหายตัวไป ทำให้เธอต้องลงมือสืบหาความจริงที่เกิดขึ้น โดยมีพี่ชายทั้ง 2 คอยช่วยเหลือ แต่เหนือยิ่งกว่าการที่จะช่วยเหลือเธอ พี่ชายทั้ง 2 กลับอยากจะส่งเธอกลับไปเรียนให้จบซะมากกว่า และแล้ว เอโนลา ก็ตัดสินใจหนีไปลอนดอนเพื่อตามหาแม่ ซึ่งนั่นทำให้เธอต้องเผชิญหน้ากับเหล่าตัวละครมากสีสันในระหว่างที่ตามหาแม่ของเธอ.