Inglaterra, 1884 - um mundo à beira da mudança. Na manhã de seu aniversário de 16 anos, Enola Holmes (Millie Bobby Brown) acorda e descobre que sua mãe (Helena Bonham Carter) desapareceu, deixando para trás uma estranha variedade de presentes, mas nenhuma pista aparente de para onde ela foi ou por quê. Depois de uma infância de espírito livre, Enola de repente se encontra sob os cuidados de seus irmãos Sherlock (Henry Cavill) e Mycroft (Sam Claflin), ambos decididos a mandá-la para uma escola de "preparação" para jovens "de verdade".

Recusando-se a seguir seus desejos, Enola foge para procurar sua mãe em Londres. Mas quando sua jornada a encontra envolvida em um mistério em torno de um jovem Lorde em fuga (Louis Partridge), Enola se torna uma super-detetive por si mesma, superando seu irmão famoso enquanto ela desvenda uma conspiração que ameaça atrasar o curso da história