La historia comienza cuando el detective privado Harry Goodman desaparece misteriosamente y su hijo de 21 años, Tim, quiere averiguar qué pasó. Se une a la investigación el exsocio Pokémon de Harry, el Detective Pikachú: un superinvestigador adorable e hilarantemente perspicaz, que es un misterio hasta para él mismo. Cuando se dan cuenta que se pueden comunicar el uno con el otro, Tim y Pikachú unen esfuerzos para aventurarse a desembrollar el misterio. Al seguir las pistas juntos por las calles con luces de neón de Ryme City —una moderna metrópolis en expansión donde los humanos y Pokémones cohabitan en un mundo de acción en vivo hiper realista— se topan con diversos personajes de Pokémon y descubren una conspiración sorprendente que podría destruir esta coexistencia pacífica y amenazar al universo entero de Pokémon.