An ihrem vierzehnten Geburtstag im Jahr 2027 wird die aufrichtige und ehrliche Mittelschülerin Anna Akechi von einem pandaförmigen Feenwesen namens Pochitan besucht. Geführt von einem mysteriösen Anhänger, der in ihrem Zimmer erscheint, wird Anna durch die Zeit gezogen und landet 28 Jahre in der Vergangenheit im Makoto Mirai City des Jahres 1999. Desorientiert in einer unbekannten Ära trifft sie schnell auf Mikuru Kobayashi, ein tollpatschiges, aber hingebungsvolles Mädchen ihres Alters, das davon träumt, eine große Detektivin zu werden und über umfangreiches Ermittlungswissen verfügt.

Die beiden Mädchen werden Zeugen eines Raubüberfalls, bei dem ein wertvolles Objekt gestohlen wird. Da sie spüren, dass die Täter zur Phantom Thieves Guild gehören – einer Gruppe böser Feen, die Gegenstände mit kristallisierten Gefühlen namens Makoto Jewels stehlen, um eine Welt der Lügen zu erschaffen – beschließen Anna und Mikuru, nicht tatenlos zuzusehen. Mithilfe ihres Anhängers und eines Makoto Jewels verwandeln sie sich in legendäre Kriegerinnen: Anna wird zur intuitiven Cure Answer, der ersten lila-farbenen Haupt-Cure der Serie, während Mikuru zur wissbegierigen Cure Mystique wird. Gemeinsam bilden sie die Star Detective Precure und gründen die CUREtto Detective Agency, wo sie Rätsel lösen, um die Lächeln der Menschen zu schützen, während sie nach einem Weg suchen, Anna ins Jahr 2027 zurückzubringen. Unterstützt werden die Mädchen von Jett, einer katzenartigen, selbsternannten Genie-Wissenschaftsfe, die lieber in menschlicher Gestalt erscheint und als technische Unterstützung dient.

Die Hauptantagonisten sind die Phantom Thieves Guild unter der Führung des dramatischen Usonoir, der nach Prophezeiungen aus dem Tome of Mirages handelt. Seine Generäle umfassen die Verwandlungskünstlerin Nijee, die trendige Gyaru Ageseine und den kraftvollen Goemon, die jeweils unterschiedliche Methoden anwenden, um Schätze zu stehlen und Makoto Jewels in Monster namens Hanninda zu korrumpieren. Die Gilde beherbergt auch eine rätselhafte Figur: Luluka Moria, ein entspanntes Mädchen, das als Phantom Thief arbeitet, obwohl sie ebenfalls eine Pretty Cure namens Cure Arcana Shadow ist, begleitet von ihrem wahrsagenden Fuchsfee Mashutan. Im Laufe der Serie kämpfen Anna und Mikuru mit dem Paradox, gegen eine dunkle Cure anzutreten, während sie die Geheimnisse hinter Lulukas Loyalitäten aufdecken.

Bemerkenswerte frühe Handlungsbögen konzentrieren sich auf Annas Anpassung an das Leben als „Fisch aus der Zeit gefallen“, die Entdeckung, dass ihr Zuhause aus der Zukunft im Jahr 1999 noch nicht existiert, und die fair-play Whodunnit-Struktur jeder Folge, die es den Zuschauern ermöglicht, das Rätsel gemeinsam mit den Heldinnen zu lösen. Die Jagd nach den verstreuten Makoto Jewels dient als zentrales Handlungselement, da ihre Sammlung der Schlüssel ist, um Pochitans Kräfte wiederherzustellen und Anna in ihre ursprüngliche Zeitlinie zurückzubringen.