История фокусируется на жизни этого подростка, практически не имеющего отношения к своим братьям - Генри Кавиллу и Сэму Клафлину - и очень близкому с рождения с ее матерью Юдорией (Хелена Бонэм Картер). Это всегда учило его быть независимым и развивать такие разнообразные навыки, как шахматы, стрельба из лука или рукопашный бой. Но в один прекрасный день миссис Холмс бесследно исчезает из ветхого семейного дома. Сначала удрученная Энола не совсем понимает, почему исчезла ее мать, и даже вынуждена мириться с тем, что Майкрофт, ее законный опекун, хочет превратить ее в женщину.
Не желая поступать в школу-интернат для девочек, Энола вскоре начинает использовать свои дедуктивные навыки и обнаруживает секретное послание в цветах, оставленных Евдорией. Имея немного денег и переодевшись мальчиком, маленький сыщик отправляется поездом в свое величайшее приключение, включающее дилеммы Тьюксбери (Луи Партридж), виконта, путешествующего инкогнито в том же поезде в сумке и которого, к сожалению, преследует опасный хулиган с котелком.
Зашифрованные записи, взрывчатка, связанная с радикальными суфражистками, семьями древнего происхождения... Постепенно Энола Холмс покажет, что ей нечем завидовать своему брату Шерлоку, которого весь Лондон - также инспектор Лестрейд из Скотленд-Ярда - считает лучшим и самая эффективная гончая.