《名侦探柯南》以高中生侦探工藤新一的惊险遭遇拉开帷幕。彼时，他与青梅竹马的毛利兰在游乐园约会，却因好奇心作祟追踪神秘黑衣男子交易，不慎被灌下实验毒药 APTX4869。
药物副作用使他身体缩小成小学生模样，为躲避黑衣组织的追杀并守护身边人，他化名 “江户川柯南”，寄身于小兰父亲-糊涂侦探毛利小五郎的侦探事务所。 柯南凭借过人的推理天赋，借助阿笠博士量身打造的黑科技道具能精准麻醉目标的手表型麻醉枪、可模仿他人声线的蝴蝶结变声器，以及增强脚力的球鞋等，常让毛利小五郎陷入 “沉睡推理” 状态，借其之口揭开一桩桩离奇案件的真相。从密室谋杀到不在场证明诡计，从连环凶案到跨国走私案，柯南与警视厅目暮警官等人合作，破解无数复杂迷局。
在日常探案中，柯南结识了元太、步美、光彦三位同学，四人组成天真却热血的少年侦探团，虽常卷入危险，却也在柯南带领下屡建奇功。
而后，黑衣组织科学家宫野志保因姐姐之死叛逃，服下同款药物变身灰原哀，她的加入为柯南带来更多关于药物和组织的关键信息。两人一边应对组织成员如琴酒、贝尔摩德的步步紧逼，一边在阿笠博士的帮助下尝试研制解药。 剧情发展中，赤井秀一、安室透等身份成谜的角色接连登场，他们在红与黑的博弈中立场难辨，与柯南的交集更让黑衣组织的阴谋愈发扑朔迷离。而小兰对柯南真实身份的怀疑、服部平次等其他侦探的友情相助，以及少年侦探团的成长羁绊，都为这部以推理为主线的作品注入了更多情感温度，共同编织出柯南与黑衣组织斗智斗勇、追寻真相与恢复真身的宏大篇章。