Thám Tử Lừng Danh Conan xoay quanh câu chuyện của Shinichi Kudo, một cậu học sinh trung học 17 tuổi với khả năng suy luận và giải quyết vụ án xuất sắc. Một ngày nọ, trong khi đi chơi công viên với cô bạn từ thuở nhỏ Ran Mori, Shinichi tình cờ gặp một vụ án giết người trên chuyến tàu tốc hành. Cậu đã giải quyết được vụ án này và trên đường về nhà, chứng kiến một giao dịch mờ ám của một nhóm người đàn ông mặc đồ đen.
Trong lúc điều tra, Shinichi bị phát hiện và bị những người đàn ông áo đen này tấn công. Họ cho cậu uống một loại thuốc độc gọi là Apotoxin-4869 nhằm mục đích thủ tiêu cậu. Tuy nhiên, loại thuốc này đã không giết chết Shinichi mà biến cậu thành một cậu bé nhỏ. Cậu bé này lấy tên là Conan Edogawa.
Từ đó, Conan bắt đầu sống cuộc đời mới của mình. Dù còn nhỏ nhưng Conan vẫn giữ nguyên khả năng phân tích và suy luận của mình. Cậu sử dụng khả năng này để giúp giải quyết các vụ án xung quanh, trong khi tìm cách khôi phục hình dạng thật và tìm ra những người đã hại cậu.