這封信講述了巴斯克維爾家族的祖先雨果·巴斯克維爾在100多年前是如何做壞事的，最終導致他死在傳說中兇猛的巴斯克維爾獵犬的牙齒下。從那以後，巴斯克維爾家族壹直籠罩在祖先所犯罪行的陰影之下，家族領袖的繼承人都以奇怪而恐怖的方式死去。
起初，福爾摩斯並沒有被摩梯末醫生的故事所吸引，認為這只是壹個有趣的傳說。然而，隨著摩梯末醫生逐漸將查爾斯·巴斯克維爾爵士之死的疑點告訴福爾摩斯，福爾摩斯決定介入此案，因為他意識到此案不僅關系到已故查爾斯伯爵的真正死亡，而且關系到巴斯克維爾莊園的下壹任繼承人亨利·巴斯克維爾的生命安全。
在福爾摩斯的巧妙安排下，他的忠實夥伴華生醫生陪同亨利爵士回到了巴斯克維爾莊園。在巴斯克維爾莊園逗留期間，華生醫生接連遇到了各種各樣的怪事，比如壹個女人在半夜發出的淒慘叫聲，夜間管家白瑞摩的可疑行為，以及他後來發現的查爾斯爵士生前未被完全燒毀的壹封信的碎片等等。所有這些疑慮使他陷入了困惑。正當他決定深入虎穴查明真相時，卻意外遇到了從天而降的福爾摩斯。
原來，為了查明傳說中的可怕獵犬的秘密和發生在巴斯克維爾莊園的悲劇，福爾摩斯故意把自己藏在孤獨的沼澤地裏，忍受著暴風雨、孤獨和寒冷的襲擊。這時，狡猾的罪犯開始屈服並逐漸浮出水面。他迫不及待地殺死了壹個誤穿了亨利爵士衣服的逃犯塞多。這讓福爾摩斯更加確信自己的推斷是正確的。
因此，福爾摩斯果斷地利用亨利引出了真正的兇手——斯臺普頓。原來，兩年前剛搬到德文郡的斯臺普頓是查爾斯最小的弟弟羅傑·巴斯克維爾的兒子。很多年前，人們誤以為逃犯羅傑死在了南美洲，但事實上，他並沒有死，他還有壹個兒子叫羅傑。他就是斯臺普頓。斯塔頓知道如果查爾斯和亨利死了，他將得到巴斯克維爾家族的巨額財產，所以他利用巴斯克維爾獵犬的傳說不擇手段地殺害他的親戚。他先是用壹條惡狗把年老體弱的查爾斯爵士嚇死了，然後又試圖讓惡狗殺死亨利爵士，但福爾摩斯最終識破了他的詭計，在華生和偵探們的配合下殺死了那只可怕的獵犬，而斯臺普頓在夜間匆忙逃跑時被埋在了沼澤地裏。