Confronté à l'ennui en l'absence de nouvelles enquêtes, Sherlock Holmes trouve son intérêt ravivé par l'arrivée de Miss Mary Morstan. Celle-ci lui présente une énigme complexe : la disparition de son père dix ans auparavant, suivie de la réception annuelle de perles précieuses et d'une lettre mystérieuse. Holmes accepte l'affaire, qui le mène rapidement sur la piste des fils du Major Sholto, ami disparu de son père. L'un d'eux, Thaddeus, révèle une sombre histoire de trésor rapporté d'Inde, de mort accidentelle du Capitaine Morstan et d'une part spoliée. La mort du Major Sholto lui-même est liée à l'apparition d'un homme barbu et d'une note énigmatique : "Le Signe des Quatre". Lorsque le jumeau de Thaddeus, Bartholomew, est retrouvé assassiné dans des circonstances étranges, et que le trésor disparaît de nouveau, Holmes doit démasquer les coupables, un homme unijambiste et son complice, qui semblent liés à cette malédiction indienne.