Mở đầu câu truyện, cậu học sinh trung học 17 tuổi Shinichi Kudo (Jimmy Kudo) bị biến thành cậu bé Conan Edogawa. Shinichi trong phần đầu của Thám tử lừng danh Conan được miêu tả là một thám tử học đường. Trong một lần đi chơi công viên "Miền Nhiệt đới" với cô bạn từ thuở nhỏ (cũng là bạn gái) Ran Mori (Rachel Moore), cậu bị dính vào vụ án một hành khách trên Chuyến tàu tốc hành trong công viên, Kishida (Kenneth), bị giết trong một vụ án cắt đầu rùng rợn. Cậu đã làm sáng tỏ vụ án và trên đường về nhà, chứng kiến một vụ làm ăn mờ ám của những người đàn ông mặc toàn đồ đen. Kudo bị phát hiện, bị đánh ngất sau đó những người đàn ông áo đen đã cho cậu uống một thứ thuốc độc chưa qua thử nghiệm là Apotoxin-4869 (APTX4869) với mục đích thủ tiêu cậu. Tuy nhiên chất độc đã không giết chết Kudo. Khi tỉnh lại, cậu bàng hoàng nhận thấy thân thể mình đã bị teo nhỏ trong hình dạng của một cậu học sinh tiểu học.

Theo lời khuyên của Tiến sĩ Hiroshi Agasa (Herschel Agasa), Shinichi đã che giấu tung tích, sợ rằng hội áo đen có thể phát hiện ra rằng cậu vẫn còn sống. Khi Ran hỏi tên cậu, Shinichi đã ghép Conan trong tên của Sir Arthur Conan Doyle và Edogawa trong tên của Edogawa Rampo và buột mồm nói ra tên mình là "Conan Edogawa". Tiến sĩ Agasa đã nói "Conan" là một người cháu của mình, nhưng hiện ông đang quá bận rộn không thể chăm sóc cho chú bé nên đã nhờ Ran trông nom Conan giúp mình. Ran nhận lời.

Cha của Ran, Kogoro Mori (Richard Moore) là một thám tử không mấy nổi tiếng. Conan thường giúp ông này làm sáng tỏ những tình tiết bí ẩn trong các vụ án. Và vì bộ dạng bé nhỏ của Conan, cảnh sát chẳng mấy khi để tâm tới những phán đoán, suy luận của cậu bé. Conan đã mượn bộ dạng của thám tử Mori bằng cách bắn súng gây mê để cho ông này ngủ say, sau đó sử dụng thiết bị đổi giọng nói là chiếc nơ gắn trên cổ để giả giọng của Mori.

Một số nhân vật quan trọng khác xuất hiện về sau là cha mẹ của Shinichi, Yusaku (Booker) và Yukiko (Vivian) Kudo, Heiji Hattori (Harley Hartwell), một đối thủ của Shinichi đến từ Osaka, Siêu đạo chích Kid(Kaitō Kid, cũng từng xuất hiện trong Magic Kaito), nhà sáng chế ra thuốc APTX4869, Shiho Miyano (mật danh "Sherry" là người của tổ chức Áo đen, cũng bị biến thành một đứa trẻ sau khi uống chính loại thuốc độc mình đã sáng chế ra với hy vọng chạy trốn khỏi tổ chức, và sau này về sống với Tiến sĩ Agasa dưới cái tên mới là Ai Haibara), các thành viên của Tổ chức Áo đen: Gin, Vodka, Tequila, Calvados, Pisco, Vermouth, Kir, Chianti, Köln, và một "thủ lĩnh" bí ẩn chỉ được nhắc đến rất mơ hồ.

Để duy trì vỏ bọc bên ngoài, Conan đi học ở trường Tiểu học Teitan và kết bạn với ba đứa trẻ ở trường, Genta Kojima (George Kaminski), Mitsuhiko Tsuburaya (Mitch Tennison) and Ayumi Yoshida (Amy Yeager) tạo thành Đội thám tử nhí (Detective Boys/Shōnen Tantei-dan) trong bản gốc). Mặc dù Conan cảm thấy bất mãn khi chơi với đám bạn do tuổi thực của mình, bộ tứ đã có nhiều cuộc phiêu lưu với nhau và ba đứa trẻ đã cho thấy khả năng làm trợ lý thám tử ở tuổi của chúng. Sau này, Ai Haibara - tức Sherry cũng trở thành thành viên của đội thám tử nhí này...