Quando o grande detetive Harry Goodman desaparece misteriosamente, seu filho Tim (Justice Smith) embarca em uma jornada para descobrir o que aconteceu. Auxiliando-o na investigação está o antigo parceiro Pokémon de Harry, o Detetive Pikachu (Ryan Reynolds), um superdetetive hilário, esperto e adorável. Descobrindo serem estranhamente perfeitos para trabalhar juntos, já que Tim é o único humano capaz de falar com Pikachu, eles unem forças para solucionar todos os mistérios nessa aventura emocionante. Em sua busca por pistas nas ruas iluminadas de Ryme City – uma grande metrópole moderna onde humanos e Pokémons vivem lado a lado num mundo hiper-realista – eles encontram um elenco diverso de personagens de Pokémon e descobrem um plano surpreendente, capaz de destruir essa coexistência pacífica e colocar todo o universo Pokémon em perigo.