全国著名的高中生侦探工藤新一，在与青梅竹马毛利兰游乐园游玩时，意外目睹了神秘黑衣组织的非法交易。专注于窥探的他没留意到从身后逼近的黑衣人同伙，不幸被击晕后强灌下名为APTX4869的神秘毒药。醒来时，他震惊地发现自己的身体竟缩小成了小孩！为了查清黑衣组织并寻找恢复原状的解药，新一找到了经常帮助他的阿笠博士。博士不仅为他隐瞒身份，还度身打造了诸多间谍道具。灵机一动的新一回想起《江户川乱步》全集与《柯南道尔》的作品，于是化名为江户川柯南，寄住在毛利兰家的毛利小五郎侦探事务所中。他一边利用博士发明的道具伪装成毛利小五郎破案，助其赢得“沉睡的小五郎”盛名，一边暗中追查黑衣组织的下落。在此期间，柯南结识了吉田步美等小学生，组成了少年侦探团，并将真实身份告知了同为大阪高中生侦探的服部平次。随后，APTX4869的制作者宫野志保逃离组织并同样身体缩小，化名灰原哀寄住在阿笠博士家。面对黑衣组织对“雪莉”的穷追不舍，柯南一次次与组织展开正面或暗地的交锋，后来更是与同样目的的FBI强强联手。为了恢复原来的模样，揭开黑衣组织的全部真相，柯南至今仍在不懈地追逐着。