
ある夜、仮面をつけた大男がベイカー街のホームズを訪ねてくる。昔の恋人の手もとにある一枚の写真を、なんとしても取り戻したいという。相手は美しく、頭の切れる歌手アイリーン・アドラー。ホームズがただ一人「あの女性」と呼ぶ人との知恵比べが始まる。

1888年3月の夜、結婚して下宿を出たワトソンは、久しぶりにベイカー街のホームズを訪ねる。ホームズは一目でワトソンの近況を言い当て、差出人のない一通の手紙を見せる。今夜、仮面をつけた客が来るという。その客の正体と、彼が取り戻したいものとは。

翌日の午後、ワトソンはベイカー街でホームズの帰りを待つ。朝から出かけていたホームズは、変装して写真の持ち主の屋敷を探っていた。ところが思いがけない出来事で計画が狂い、夕方、ホームズはワトソンに奇妙な役目を頼む。

翌朝、ベイカー街に国王が飛び込んでくる。写真のありかを突き止めたホームズは、国王とワトソンを連れてもう一度屋敷へ向かう。勝負はどう決着するのか。そして、ホームズがある女性をなぜ「あの女性」と呼ぶのか、その理由が明かされる。