Lontoo 1914. Charles Harrelston kuolee hämärissä olosuhteissa, ja Scotland Yard tulee tutkimuksissaan lopputulokseen, että kyseessä on tapaturma. Harrelstonin perhe ei tätä niele, vaan he pyytävät Sherlock Holmesin legendaarista apuria, tohtori John H. Watsonia, tutkimaan kuolemantapausta.

Iäkäs Watson lähtee yhdessä poikansa John Watson juniorin kanssa tapaamaan tapahtuman silminnäkijöitä, Joanna Blalockia ja tämän kymmenvuotiasta Johnnie-poikaa. Teräväpäinen Joanna, joka ei myöskään usko kuolemaa itsemurhaksi, lähtee Watsonien mukaan jatkamaan tutkimuksia tapahtumapaikalle. Kolmikon löytäessä uusia johtolankoja heille käy pian selväksi, että kyseessä on murha. Murhaaja tuntuu kuitenkin olevan jatkuvasti askeleen edellä. Ehtivätkö he löytämään riittävät todisteet syyllisen kiinnisaamiseksi ennen kuin on liian myöhäistä?

Sherlock Holmesin tytär on avausosa maukkaasta sarjasta, jossa rikoksia ratkoo Lontoon ensimmäinen naissalapoliisi Joanna Blalock, Holmesin ja Irene Adlerin älykäs ja uppiniskainen tytär.