Nach einer erzwungenen Verwandlung in den Körper eines Kindes nimmt der jugendliche Detektiv Shinichi Kudo das Pseudonym Conan Edogawa an. Ehemals bekannt als der 17-jährige „Heisei-Holmes“ und „Retter der japanischen Polizei“, wurde Shinichi Zeuge einer geheimen Transaktion der Schwarzen Organisation im Tropical Land. Bei einem Hinterhalt verabreichten sie ihm das experimentelle Gift APTX 4869, doch er überlebte auf wundersame Weise, wobei sein Körper auf den eines Sechs- oder Siebenjährigen zurückging, während er seinen Intellekt, seine Erinnerungen und seine Persönlichkeit behielt.
Auf der Suche nach Schutz offenbart Shinichi seinem Nachbarn, Professor Hiroshi Agasa, seine Identität. Sie entwickeln eine Tarnung: Er wird zu Conan Edogawa, benannt nach den Autoren Arthur Conan Doyle und Edogawa Rampo. Agasa bringt ihn unter die Obhut von Ran Mouri, einer Jugendfreundin, und ihrem Vater Kogoro Mouri, einem erfolglosen Privatdetektiv. Dies gewährt Conan sowohl Schutz als auch potenziellen Zugang zu Fällen der Schwarzen Organisation über Kogoros Agentur.
Um seine Tarnung aufrechtzuerhalten, gibt Conan äußerlich ein Kind vor, nennt Ran „Ran-neechan“ und bezeichnet Shinichi als „Shinichi-niichan“. Er schreibt sich an der Teitan-Grundschule ein und freundet sich mit den Mitschülern Ayumi Yoshida, Mitsuhiko Tsuburaya und Genta Kojima an. Gemeinsam gründen sie die „Detektivboys“ und lösen kleinere Rätsel. Anfangs skeptisch, erwärmt sich Conan für sie und weist ihnen gelegentlich Ermittlungsaufgaben zu.
Conan löst Fälle im Geheimen mit Hilfe von Agasas Erfindungen: einer Betäubungsuhr, um Kogoro außer Gefecht zu setzen, und einer stimmenmodulierenden Krawatte, um Kogoros Stimme zu imitieren. So präsentiert er seine Deduktionen als „schlafenden Kogoro“, was dessen Ruf steigert. Gelegentlich nutzt er in Rans Abwesenheit ihre Freundin Sonoko Suzuki als Stellvertreterin, was ihr geringe Anerkennung als weitere „schlafende“ Detektivin einbringt.
Seine zentralen Ziele treiben ihn an: die Zerschlagung der Schwarzen Organisation, die Beschaffung eines Gegengifts für APTX 4869 und die Wiederherstellung seines Körpers. Er trifft auf ein weiteres Opfer von APTX 4869, Ai Haibara (ehemals Shiho Miyano, „Sherry“ der Organisation), die sich ihm anschließt und den Detektivboys beitritt. Seine Verfolgung entwickelt sich von einer Unterschätzung der Organisation zu strategischen Operationen, unterstützt von Verbündeten wie dem FBI-Agenten Shuichi Akai und der CIA-Agentin Hidemi Hondou („Kir“).
Conan bewahrt Shinichis umfangreiches Wissen, scharfe Beobachtungsgabe und athletische Fähigkeiten, besonders im Fußball. Um seine kindliche Kraft auszugleichen, nutzt er Agasas kraftverstärkende Kick-Schuhe, mit denen er präzise Tritte gegen Kriminelle einsetzt. Während Ermittlungen fällt es ihm schwer, seinen Intellekt zu verbergen, oft schreibt er Schlussfolgerungen dem Fernsehen, Agasa oder Shinichi zu. Er bleibt tonlos, eine Eigenschaft seines ursprünglichen Ichs.
Ethisch besteht Conan darauf, dass Kriminelle zur Verantwortung gezogen werden, zeigt aber Nachsicht gegenüber denen, die aus Missverständnissen heraus Mord versuchten. Nachdem er früh einen Selbstmord des Täters nicht verhindern konnte, adoptiert er den Grundsatz, dass ein Detektiv solche Ergebnisse verhindern muss, und sieht Untätigkeit als Mord an. Diese Überzeugung verfolgt ihn bei späteren Fehlschlägen.
Zu seinen Schlüsselbeziehungen gehört seine unausgesprochene Bindung zu Ran Mouri, die Conan beschützt, ohne seine Identität zu kennen. Dies führt zu komplexen Situationen, wie wenn Ran Conan ihre Gefühle für Shinichi gesteht oder darauf besteht, dass er mit ihr badet. Seine Interaktionen mit Strafverfolgungsbehörden sind begrenzt, obwohl er professionell mit bestimmten FBI-Agenten (z.B. Jodie Starling, Shuichi Akai) und Nagano-Inspektor Kansuke Yamato kommuniziert, die seine ungewöhnlichen Fähigkeiten ahnen.
Während seiner Ermittlungen sammelt Conan Spitznamen: „Cool Kid“ (Jodie Starling), „Silver Bullet-kun“ (Vermouth), „Holmes’ Lehrling“ (Apollo Glass) und „KID-Killer“ (Kaito Kid). Verbündete bemerken, dass Verbrechen ihm folgen; Sonoko Suzuki kommentiert ihre Unvermeidlichkeit in seiner Gegenwart, während Haibara sarkastisch sein „Ah-le-le?“ nachahmt, einen Ausdruck vorgetäuschter kindlicher Neugier an Tatorten.
Conan erscheint über die Hauptserie hinaus in Filmen, OVAs und Spin-offs. Seine Gadgets gehen über Betäubungsuhr und Krawatte hinaus, darunter Handys mit Doppelidentität und ein Abzeichen-Funkgerät für die Detektivboys. Seine Blutgruppe stimmt mit Rans überein. Vorlieben wie Eiskaffee und Curry tauchen gelegentlich auf. Oft jongliert er mit einem Fußball oder stützt sein Kinn, wenn er in komplexen Fällen tief in Gedanken versunken ist.