A Agência de Detetives Layton, um negócio que ajuda seus clientes a resolver mistérios incomuns, é administrada por Katrielle Layton - filha do renomado professor de arqueologia Hershel Layton. Junto com seu assistente Noah Montoir e o cão falante Sherl, Katrielle se vê desvendando casos envolvendo uma casa recém-comprada amaldiçoada, um vestido com uma ""maldição demoníaca"" e o zumbi do cônjuge falecido de um cliente, apenas para citar alguns.

Além de seus casos mais peculiares, Katrielle tem trabalhado em outro problema não resolvido: o desaparecimento de seu pai. Fundar a agência foi apenas o primeiro passo em sua tentativa de descobrir a verdade por trás de seu desaparecimento. Enquanto continua a receber clientes, cada um com problemas mais malucos e estranhos para resolver, Katrielle gradualmente se aproxima da resposta para o maior mistério de sua vida.