全国著名的高中生侦探工藤新一，在与青梅竹马毛利兰前往游乐园游玩时，意外目睹了黑衣人地下犯罪团伙的神秘交易。专注于偷窥的他没注意到从身后悄悄接近的同伙，不幸被击晕后强灌下名为APTX4869的神秘毒药。醒来时，新一震惊地发现自己的身体居然缩小变回了小孩！为了不让身份暴露引来杀身之祸，新一找到了经常帮助他的阿笠博士。博士不仅为他度身打造了众多间谍道具，还建议他设法隐藏身份。在博士家中，新一从书架上的《江户川乱步》全集以及身为《柯南道尔》书迷的灵感中灵机一动，化名为江户川柯南，并以寄住的身份来到了毛利小五郎的侦探事务所。从此，柯南一边伪装成一年级小学生，利用阿笠博士发明的道具假装毛利小五郎破案，为其赢得“沉睡的小五郎”盛名；一边暗中追查着神秘的黑衣组织。他结识了吉田步美等小伙伴组成少年侦探团，并将真实身份告知了同为高中生侦探的服部平次。后来，APTX4869的制作者宫野志保逃离组织，身体缩小后化名灰原哀寄住在阿笠博士家中。面对黑衣组织对雪莉（灰原哀）的穷追不舍，柯南一次次与组织展开正面或暗地的激烈冲突，后来更与同样目的的FBI强强联手。为了恢复原来的模样并将黑衣组织彻底绳之以法，柯南至今仍在不停地追逐着。