Sherlock désespère de ne pas avoir d'enquête stimulante, lorsque son frère, Mycroft, fait appel à lui pour récupérer des photos compromettantes, impliquant un membre de la famille royale. Ces clichés sont détenus par Irene Adler, une femme séduisante et énigmatique. Le détective semble tomber sous le charme de cette dominatrice, dont l'intelligence n'a d'égal que la beauté. Cette mission l'entraîne, avec Watson, au cœur d'un complot mêlant chantage, CIA et secrets d'État…