El protagonista es Shinichi Kudo, un joven detective con una increíble inteligencia que resuelve difíciles casos junto a la policía. Su fama es enorme y las chicas se vuelven locas por él. Tiene una amiga de la infancia con la que va a la secundaria, su nombre es Ran Mouri. El padre de Ran, Kogoro Mouri, también es detective, pero no hay trabajo para él porque el increíble compañero de su hija no falla nunca.
Ran y Shinichi tienen una cita en el parque de diversiones, donde Shinichi resuelve un caso de asesinato en instantes. Terminado el caso, Ran y Shinichi ven a uno de los ex-sospechosos correr hacia un pasillo oscuro. Shinichi lo sigue y deja sola a Ran, que se va a su casa. Shinichi es testigo de un soborno, un hombre vestido de negro pedía dinero por unos negativos. Dispuesto a atacar, Shinichi es sorprendido por otro de los hombres de negro y golpeado con un arma. Semiconsciente, lo hacen beber una droga que lo convierte en niño, aunque los culpables no sabían que efecto tendría y sospechaban que probablemente le causaría la muerte.
Después del episodio llega la policía y Shinichi escapa a la casa de su vecino, el profesor Agase. Después de convencerlo de su verdadera identidad, el profesor le dice que nadie más lo tiene que saber, porque si los hombres de negro se enteran de que Shinichi está vivo, seguramente volverían para matarlo. En eso llega Ran que no puede entrar a la casa de Shinichi y se encuentra con el pequeño, que dice que su nombre es Conan Edogawa (Conan por Conan Doyle, el creador de Sherlock Holmes).
Ran lleva a Conan a su casa y dice que será su tutora, y en el camino le confiesa a Conan sus sentimientos hacia Shinichi. Al llegar, el padre de Ran sale corriendo porque consiguió su primer caso, un secuestro, que con la ayuda del pequeño pero listo Conan pudo resolverlo. Aquí aparece el personaje del Inspector Megure, que será el encargado de recopilar las pistas durante toda la serie.
Durante decenas de capítulos, Conan va resolviendo diferentes casos, uno más dificil que el anterior, y Kogoro siempre se lleva el crédito. En algunos episodios aparece la Liga infantil de Detectives, que es un grupo de cuatro chicos (incluído Conan) de primaria que resuelven casos, algunos de sus compañeros de clases y otros de asesinos seriales.
Otros personajes importantes que aparecen a lo largo de la serie son por ejemplo Heiji Hattori y Sonoko. Heiji viene de otra ciudad a investigar el caso de la misteriosa desaparición de su rival Shinichi Kudo, y termina compitiendo contra él en la resolución de los casos. Es de los pocos que se entera de su secreto. Ai en la creadora de la pastilla que convirtió a Shinichi en niño. Ella trabajaba para la organización "Hombres de Negro", pero tras la muerte de su hermana ella decide salir del grupo. Sin embargo eso no está permitido, y decide suicidarse tomando la pastilla que creó. Como consecuencia, se convierte en niña y se une a la Liga infantil de Detectives. Y para hacer la historia más interesante, se enamora de Conan.
