A história começa quando o detetive particular Harry Goodman desaparece misteriosamente, levando seu filho Tim, de 21 anos, a tentar descobrir o que aconteceu. Quem ajuda na investigação é o antigo parceiro Pokémon de Harry, o Detetive Pikachu: um adorável superdetetive divertido e brincalhão que é um enigma até para si mesmo.

Após descobrirem que são capazes de se comunicar um com o outro, Tim e Pikachu unem forças em uma aventura para desvendar esse mistério. Reunindo pistas pelas ruas de Ryme City – uma gigantesca metrópole moderna onde seres humanos e Pokémons convivem lado a lado em um mundo hiper-realista – eles encontram pelo caminho um elenco diversificado de personagens Pokémon e revelam uma trama chocante que poderia arruinar essa coexistência pacífica e ameaçar todo o universo Pokémon.