Do Londynu, do Sherlocka Holmesa i doktora Watsona, przyjeżdża z hrabstwa Devon doktor Jakub Mortimer i opowiada o śmierci sir Charlesa Baskerville oraz historię innych, tajemniczych zgonów poprzednich spadkobierców tego rodu. Podobno wiąże się to z legendą o piekielnym czarnym psie, który zionie ogniem z pyska i zabija po kolei członków rodu Baskerville'ów. Do majątku otoczonego ponurymi wrzosowiskami jedzie więc doktor Watson, gdzie poznaje przyszłego spadkobiercę rodu - sir Henry'ego. Obok Baskerville Hall mieszka przyrodnik, Jack Stapleton, i jego siostra Beryl. Kiedy na wrzosowisku ginie brat służącej sir Henry'ego - Selden, ubrany w marynarkę hrabiego, obok ciała widać ślady łap wielkiego psa. Sherlock Holmes dochodzi do wniosku, że pies nie jest legendą. Kiedy zaś, podczas skrupulatnego śledztwa, dowiaduje się, że Stapleton jest potomkiem Baskerville'ów, zaś Beryl jego żoną, wszystko zaczyna się wyjaśniać.