工藤新一因为目击黑衣组织的交易被发现而遭毒手，被灌下APTX4869（组织研发的药物）后导致身体缩小至7岁。新一担心自己的事会危及周围人的安全，而隐藏真实身份，化名江户川柯南，寄住在青梅竹马的女友毛利兰家中，转学至帝丹小学一年B班，与吉田步美、小岛元太、圆谷光彦成为朋友，四人组成了少年侦探团。
柯南住在小兰家中，希望借助小兰的父亲毛利小五郎侦探的身份追查组织，可是小五郎却是个“迷侦探”。柯南只得借助自己没有减退的推理天份帮助小五郎破案，但因为身体变小导致办案时不便，危险性也增加，因此阿笠博士为他发明了手表型麻醉枪和领结变声器等道具。柯南利用这些道具“代替”小五郎进行推理，破解疑案，使得原本默默无闻的小五郎声名大噪，得到了“沉睡的小五郎”称号。与此同时，柯南也一直急切地追查组织。
宫野明美化名广田雅美，到毛利侦探事务所委托寻人，后被琴酒灭口，柯南在明美临死前赶到，明美透露她属于一个神秘的黑色组织（对应动画改编为与组织无关，后来才以原创形式补上该段剧情）。
在新干线火车上，他遇到了将其灌药变小的两名组织成员，通过窃听获知他们的代号是“琴酒”和“伏特加”（但在对应动画中却被改为与组织无关，柯南得知二人代号的方式不明）。
因为小五郎参与满天堂公司的产品发布会，柯南偶遇组织成员龙舌兰，但其旋即被误炸而死，组织的痕迹也被湮灭。
之后，柯南结识了关西的高中生侦探服部平次，并且变小的事情被平次发现。二人随后成为挚友，柯南在追查组织时经常征求平次的意见。 柯南和灰原偶然发现了琴酒的保时捷，意欲跟踪时被琴酒发现了跟踪器。但柯南依然得知组织成员皮斯克将在杯户饭店进行暗杀行动。柯南和灰原赶到，琴酒却已将发现雪莉会到杯户饭店一事告知了皮斯克。皮斯克暗杀成功后发现灰原，将她迷昏后藏在饭店酒窖。柯南与灰原取得联系后让她喝下白干。灰原恢复身体，从烟囱逃至饭店顶楼。遇到埋伏的琴酒和伏特加，灰原身中数枪。柯南赶到后用麻醉枪击中琴酒，同时灰原由烟囱逃回酒窖。此时白干效力已过，灰原身体变回。皮斯克在准备处决灰原时，柯南再次赶到解救了灰原，而皮斯克则因暗杀中出现了重大失误被琴酒灭口。灰原感觉当时还有其他组织成员在场，柯南也通过手帕颜色推理出当时在场的美国女星克丽丝·温亚德也是组织一员。
这之后，柯南相继结识茱蒂老师、新出医生和詹姆斯·布莱克，而曾同乘一辆车的赤井秀一监视毛利侦探事务所，跟踪灰原。高木警官告诉柯南，警视厅毛利侦探办过的案子案卷都被偷走，这引起了柯南的紧张。柯南在基本确定克丽丝是组织成员的同时怀疑茱蒂老师是克丽丝假扮，并与服部平次一起去试探茱蒂老师的身份。
小五郎受托寻找失踪的电脑工程师板仓卓，从委托人的谈话中柯南了解到他就是当年在电玩公司杀人事件中被炸死的组织成员龙舌兰接触的对象。最后通过追查案件，柯南获得了组织的线索——板仓的日记，了解到了黑衣组织的行踪，并试图冒充板仓与伏特加接头，但是被琴酒识破而失败，险些被琴酒抓到。板仓的日记中提到黑衣组织的庞大计划甚至影响到人类的前途，要使时光倒流。柯南与兰遇到赤井秀一，小兰的反应使新一得知小兰曾见过赤井。
哀患感冒，送医途中遇到命案，遇到兰、园子和茱蒂，赤井也跟踪而来。案件解决后，博士借茱蒂的车将哀送回了家，并找来新出医生给哀看病。阿笠博士提到哀的父亲宫野厚司是一个很有名的疯狂科学家，而母亲艾莲娜是一个英国留学生，并且黑衣组织可能正在从事让死人复活的计划。博士带柯南和哀去拜访哀父亲的生前好友、设计师出岛壮平，试图了解更多关于哀父亲的事。出岛被人谋杀，柯南在破案的同时，也找到了由哀的姐姐设法藏在设计所的、哀的母亲留给哀的录音带。
贝尔摩德利用幽灵船活动，邀请了小五郎、新一和琴酒，试图调开新一而刺杀哀；知道新出医生为贝尔摩德假扮的茱蒂了解到了这个计划，抢先一步接走哀并试图将贝尔摩德引入陷阱，但贝尔摩德将计就计作了安排；另一方面，柯南邀请服部平次化妆成自己赴会，而自己在母亲有希子的帮助下化妆成哀试图和黑衣组织接触；哀不放心柯南去，跟踪前往；兰因想了解茱蒂的真正身份躲在了茱蒂汽车的后备箱里并在最后关头救了哀。贝尔摩德不让向兰开枪并叫她angel，逃脱了赤井的追捕，并且向琴酒隐瞒了柯南和哀的事，而茱蒂设法瞒过了兰，同时柯南听到了贝尔摩德给那位先生发邮件时的按键音。自此之后，柯南得知茱蒂老师和赤井一行的FBI身份，与FBI建立了合作关系。
柯南听到山村操给他奶奶发信息，开头按键音和Boss的邮件地址很像，是鸟取县，后来柯南等人去一音乐世家后，得知那个的按键声的旋律为《七个孩子》，还因此推理出Boss的邮箱地址。但灰原警告柯南，这是不可开启的潘多拉之盒。 赤井假死后化名冲矢昴，有工藤有希子易容，后来冲矢昴搬到新一家，有希子每周都要回来检查赤井的易容情况。 与此同时，水无急报，组织派出了厉害的侦探波本。
戴着神秘列车戒指的灰原在事件中被迫服药暂时恢复身体，视频还被发到了网上。组织果然登上了列车，柯南因此请来母亲和冲矢昴登上列车，并拜托怪盗基德化装成志保保护了她，并且搞清了安室透就是组织的波本。
列车篇事件过后，柯南以为安室透不会再出现，结果在网球场遇到安室，非常惊讶。通过与高木警官的对话，柯南推理出神社事件中赏樱游客弁崎桐平和其“妻子”为波本和贝尔摩德假扮，非常紧张。 柯南不断怀疑身边的安室，后来推理出安室是警察卧底，大胆进行了试探，但安室并未承认。安室来到杯户中央医院调查楠田陆道之死，与贝尔摩德一同套出了楠田在车中开枪自杀的情报，使柯南非常紧张。柯南与冲矢昴、阿笠博士和父母定下了对策。安室突袭新一家未果，被瞒过了冲矢昴就是赤井。而赤井也根据安室的绰号“零”调查出了安室的公安警察卧底身份。与此同时，水无发来了朗姆出动的情报。 家人：父亲工藤优作、母亲工藤有希子（以柯南母亲身份出现时曾化名“江户川文代”）
青梅竹马 & 深爱的人：毛利兰（TV 621、M 4对其表白）
偶像：夏洛克·福尔摩斯、雷·卡提斯（足球明星，已被捕）
朋友：阿笠博士、服部平次、灰原哀、吉田步美、圆谷光彦、小岛元太、铃木园子、京极真、远山和叶、高木涉、佐藤美和子、赤井秀一（冲矢昴）、茱蒂·斯泰琳、安德雷·卡迈尔、水无怜奈、本堂瑛祐、世良真纯、安室透、羽田秀吉等
老师：小林澄子（帝丹小学1年B班班主任）
默契的搭档：服部平次（并称“关东的工藤，关西的服部”，经常与新一协作办案）、灰原哀（对柯南的推理进行提示）、赤井秀一（“红与黑的碰撞”系列）
喜欢他的人（注：喜欢新一的人请见“工藤新一”词条，本词条不予收录）： 吉田步美（喜欢柯南，曾经多次在剧中表白，也曾亲过柯南 ，TV 418中直接说柯南很可能是她未来的丈夫。柯南知道步美喜欢自己，但是他只把步美当成好朋友） 伊东惠（动画原创人物。伊东玉之助的妹妹，喜欢柯南，多次说柯南是她的男朋友，在TV 452中有表白，与步美的关系非常紧张） 三上铃（动画原创人物。TV 61~62中出现，喜欢柯南，曾要求柯南与她接吻，但是无奈的柯南只是亲了她的脸） 中北枫（动画原创人物。TV 638~639中出现，喜欢柯南，在TV 639片尾曲后直接要柯南做她的新郎） 敌人：黑衣组织
对手：第二代怪盗基德（即黑羽快斗）、服部平次、白马探、世良真纯
害怕的人：妃英理（小兰的母亲。小时候新一因为经常带着小兰去“冒险”，所以经常被英理骂，还有就是英理的烹饪技术。之后仅仅是因为其烹饪技术） 原作
截至目前，在漫画原作、TV版中得知高中生侦探工藤新一身体变小，化名为江户川柯南的人有9位（仍在世的有8位）：
1．阿笠博士：柯南告知（TV 2）
2．工藤优作、工藤有希子：阿笠博士转告（TV 43）
3．服部平次：发现柯南与新一之间的疑点；且柯南把他射晕，中途醒来，后逼柯南承认（TV 58）
4．宫野明美（已故）：临死前问柯南到底是谁，柯南回答：“工藤新一，是个侦探。”但不知道新一身体变小的原因（TV 128）
5．灰原哀（宫野志保）：通过实验和对工藤家的勘察，怀疑工藤新一未死并身体缩小；之后由阿笠博士告知（TV 129）
6．贝尔摩德：有希子的密友，因此见过新一小时候照片，最迟在TV 230中就已经知道柯南身份（当时贝尔摩德伪装成新出医生，见TV 345中解释）。称柯南为“银色子弹”，并对组织隐瞒相关情况。
7．本堂瑛祐：推理得知，设计逼柯南亲口承认，但剧情未显示其得知工藤变小的原因（TV 508）
8．冲矢昴（即赤井秀一，File.898确认冲矢昴真实身份为赤井秀一）：在注意到以新一的声音向小兰打电话的柯南后得知，但剧情未显示其得知新一变小的原因（TV 691）
其他作品
非《名侦探柯南》原作的动画作品（如剧场版、OVA、特别合作篇、《魔术快斗1412》等）中，得知江户川柯南就是高中生侦探工藤新一的人如下：
1．第二代怪盗基德（黑羽快斗）：M 3《世纪末的魔术师》中假扮白鸟警官，窃听柯南与阿笠博士的对话得知。并为了还柯南救他鸽子的情，扮成新一帮他逃过小兰的怀疑。（注：基德仅在剧场版、OVA、《魔术快斗1412》中明确或暗示其得知柯南身份，《名侦探柯南》漫画原作中没有明确表现出基德知晓柯南身份。TV 628结尾处柯南将“自己母亲是工藤有希子”的部分信息告诉了基德，基德或许可以因此调查处柯南身份，但是这一点并没有相关后续剧情）
2．“诺亚方舟”（泽田弘树设计出的一款人工智能软件，是弘树思想的化身，已自行毁灭）：读取柯南脑中资料得知（M 6）
3．爱尔兰（Irish，黑衣组织成员，已死）：搜集指纹资料对比得知，没有来得及报告组织便被琴酒下令杀害（M 13）
4．鲁邦三世、次元大介、石川五右卫门、峰不二子：当面揭穿柯南身份，但得知的原因不明（合作特别篇《鲁邦三世VS名侦探柯南》，不影响《名侦探柯南》原作剧情）
5．阿朗·斯密斯（已死）：临死前柯南亲自承认真实身份，但他并不知道新一身体缩小等情况（合作剧场版《鲁邦三世VS名侦探柯南THE MOVIE》，不影响《名侦探柯南》原作剧情）
争议人物
收录存在争议的人物。其中大部分对柯南身份持怀疑态度或有得知其身份的迹象，但剧情中并未明确其已经知道了柯南身份：
1．茱蒂·斯泰琳：尚未怀疑柯南身份。FBI搜查官。FBI在追查黑衣组织时，她与其他同事潜入贝尔摩德藏身的暗室，看到了贝尔摩德的飞镖靶上有柯南的照片上写着“Cool Guy”。但她还在TV 345中问贝尔摩德“柯南那个孩子的确很聪明，但他只是个孩子不是吗？”贝尔摩德未回答。File.898证明她还没有怀疑柯南的真实身份。
2．高木涉：猜测。曾在TV 162等集中见过新一。TV 304中，柯南和高木被困在东京铁塔里拆弹，二人都准备献出生命时，他问柯南“你究竟是何方神圣”，说明高木警官已经开始怀疑柯南的身份，不太相信柯南只是一个普通的小学生了。在TV 504里，高木收起了带有柯南指纹的手机，有可能会因此调查出柯南的身份。
3．佐藤美和子：猜测。曾在TV 241中怀疑过“沉睡的小五郎”，柯南之后便不在佐藤面前麻醉毛利。TV 302中说过：“他（柯南）果然不是简单的小孩子。”另外她是高木涉的搭档与恋人，高木涉如果有发现一定会告知她。
4．水无怜奈（基尔）：猜测，可能性较小。虽了解柯南的能力，但现剧情中没有任何迹象证明她对柯南身份感兴趣，在组织中进行卧底也很难有精力去调查柯南身份。
5．世良真纯：猜测，可能性较大。很多细节暗示她了解新一，对柯南身份感兴趣，调查过柯南，似乎已经基本确认柯南就是新一。例如TV 651服部与工藤的推理对决中，世良看出柯南已经知道事件真相时说：“看来胜负已分了呢。”但无确凿证据。柯南也已意识到世良可能已经得知自己身份 。
6．安室透（波本）：猜测。TV 706中表示对柯南产生浓厚的兴趣，后暗中窃听、跟踪柯南。
7．白马探：猜测，可能性较小。TV 473中有对柯南侦探能力的赞赏。但他是《魔术快斗》中的主要人物，只是在《名侦探柯南》中客串。
8．羽田秀吉：猜测。注意到柯南的推理能力不同寻常，也非常信任柯南。另外秀吉基本符合世良对其二哥的描述；且剧情暗示二哥知道柯南的推理能力，甚至还可能知道柯南更多底细。但无确凿证据说明秀吉就是“世良二哥”，所以对于秀吉是否知道柯南身份仍有待进一步观察。
9．毛利小五郎：猜测，但具有较大争议。
10．伊东末彦：存在争议。M 10《侦探们的镇魂歌》中人物。虽然利用椅子上的仪器测出了柯南的指纹，但是他也只是知道工藤新一来了，就算后面听出声音稚嫩，也还称其为工藤，即没有发现柯南与工藤新一之间的关联。严格来说并不能作“身份知情者”，故算作“争议人物”。
注：1.关于黑衣组织为何至今未察觉柯南的身份：主要是因为TV 129中灰原告知她已经把黑衣组织档案上工藤新一的资料从“不明”改为“死亡”，琴酒等组织主要负责人并未对新一之死产生疑惑（见TV 345中“我从不去记死人的名字”）。并且这也是作品连载的需要。
2.小兰虽多次怀疑柯南身份，但都被掩饰过去，她还不知道柯南就是新一。小兰首次怀疑柯南身份是在漫画Vol.3 File.8《身份受怀疑》、TV 7《每月一份礼物威胁事件》，此外还有M 3（非常危险，连柯南都以为瞒不过去了）、TV 96、TV 188~193 、TV 400。 工藤优作： 你的观察力还不够哦…… 好慢…… 工藤有希子： 跟小小新一住在一起……我就觉得自己好像又年轻了呢。 你还真是受欢迎啊！ 只要有他在奇迹也可能发生呢！这孩子的推理可是百发百中。 毛利兰： 好可爱喔！ 柯南，你球踢的不错嘛！就跟新一一样！ 可是，你是小学一年级的吧？想当侦探还早得很呢！ 你的推理能力就跟新一一样！ 从行为来看……他根本不像小学生！ 一定没错！那种口气、行为和推理能力……怎么看都像是新一！ 我以前就觉得你怪怪的，你果然就是新一！ 我遭袭击时，柯南可是拼了命保护我呢！ 柯南你这小气鬼，快告诉人家啦！ 什么呀！你怎么这么白痴呀！ 真是的，你每次都害我担心得要死…… 那孩子不是经常注意到一些有趣的事吗？ 对不起，不能陪你到最后……柯南，我相信你…… 如果柯南是新一就好了…… 柯南，我相信你…… 好棒！来了这么一个可爱的弟弟，以后我就多了一个谈心的对象…… 柯南和新一一样都特别喜欢福尔摩斯。 对了，柯南来了之后，爸爸的生意就开始好转…说不定这是柯南带来的好运哦！ 从行为来看……他根本不像小学生！！这么说，那一次……以及那一次……还有最近的案子……全部……全部……都是靠柯南才破的案……简直是新一的翻版…… 对呀！就跟某人一样，对音乐少根筋。 虽然他只有小学一年级，但是会去注意一些小细节，因此往往找到破案的关键！ 看你一副小大人样，其实根本还是个孩子。 你老爱做危险的事情。 谢谢你哦~小大人！ 那是因为你和他很像哦~那张爱逞强的推理大笨蛋的脸！ 服部平次： 那家伙就是这么懦弱…… 因为你的外表看来就像小孩，所以我才担心嘛！ 这家伙真无耻！ 白痴……你是第二……以前我曾经遇到过……一个比你聪明的多了的……侦探…… 怎么样？比起某个缩小前的侦探还要帅很多吧！ 我想只有你才能和我真正地一决胜负呀…… 是啊……他那种不把任何人放在眼里的口气……简直就和……和你一模一样！不过，因为你看上去比较可爱……所以比他还好一些！ 你这家伙还是这么冷漠…… 阿笠博士： 是新一亲戚的小孩呀！难怪长得这么像小时候的新一！ 你这小孩真可疑！ 真是的！简直就跟小孩没什么两样…… 灰原哀： 你还真体贴。 真是个越来越有吸引力的对象。 江户川没那么容易被击垮的。 那家伙我才看不上眼的。 你还真平静…… 笨蛋！ 怎么每次都是马后炮…… 虽然某人是有点多管闲事！ 在你的词典里也没有啊，不可能三个字。 你还真不是一般的矮啊。 某个演技出众的人。 我对他很相信。作为搭档。 江户川并不是那种会让你担心的没用家伙。 被正义感所驱使，不考虑任何后果的追求事实的真相，为不让任何人受到伤害，自己背负一切。你这种像少年一样的天真性格，我有着刻骨之深的兴趣。但你知道吗，你这种正义的浩然之气让她（指毛利兰）和我，还有你自己，带来了这种孤独与危险，工藤。 你还是不知道……什么都不知道。不过我也并不希望你知道。 你很会扮小孩嘛。 你不是告诉过我……不要逃避吗？你不是叫我不要逃避自己的命运吗……而且你还说你会保护我对不对？ 小孩子一个。 不能放弃哦，工藤，如果找不到福尔摩斯，对我们而言，你就是我们的福尔摩斯，没有什么事是福尔摩斯办不到的，对吧？ 你也是个没口福的呢。 名侦探一遇到足球，就变成一个不折不扣的少年了。 这和某人每天只会不厌其烦地寻找血淋淋的推理情节的兴趣相比，要好得多了。 能爬那么高的，也只有江户川和猴子先生了。 推理能力是遗传爸爸的，使用变声蝴蝶结时的演技以及爱出风头和过度自信都是遗传妈妈的。 你还是一如既往的坚强。 追求真相的你。 明明是个音痴，怎么你耳朵还是那么灵啊。 把担心藏在自己心里。 他其实很狡猾，利用了机械的力量！ 看上去很擅长分辨这种东西的江户川。 毛利小五郎： 又是这小鬼…… 不知为什么，这小孩一在场，我的案子就办的特别顺利…… 真是的！这样跟弃犬不是没两样吗？我真想见见你的爸妈！ .当我的推理遇到瓶颈时……他的一句话总是给我很大的启示……这家伙绝不是等闲之辈……他到底是什么来头？ 这个臭小子…… 哪儿的话！有这么可爱的孩子住我家，我也感到万分荣幸！（TV 43，对工藤有希子所扮的柯南的“妈妈”江户川文代） 柯南神明大人~~~~求求你救救兰吧~~~~（M 6中小五郎害怕小兰被诺亚方舟破坏大脑，希望柯南赶快通过游戏） 想不到这个臭小子也有讨人喜欢的时候~~ 铃木园子： 好——可爱哟！ 简直是音痴！ 他果然还是这么不可思议！ 你还是这么不可爱！ 这小子老是很臭屁！ 真是个不可思议的孩子！ 那小鬼的确是非常机灵，感觉也蛮敏锐，很神就对了。不过真要我说呢……只是个狂妄的小鬼头罢了。 吉田步美： 柯南太大意会出事的…… 太厉害了！柯南！你真是神童耶！ 柯南的头脑真好！反应又机灵！ 因为柯南在我身边保护着我呢！ 我们注定要结合在一起呢！ 他好像要去很远的地方，不再回来了…… 才不是呢！ 柯南本来就是个音痴嘛…… 老奶奶的智囊袋又一次发挥作用了！ 虽然很可爱，可是有点撒娇的感觉…… 圆谷光彦： 你真聪明！ 我真羡慕你啊！ 他什么事都知道，真的很厉害，而且他的动手能力也比平常人强。 好、好厉害啊…… 小岛元太：
你是平凡的人……
怪盗基德： 你不是普通的小朋友。 你根本没有梦想…… 妃英理： 小弟弟你的记性真好。很不错哟！ 你刚才不是很生龙活虎的吗！ 这孩子倒挺能干的！ 茱蒂·斯泰琳：
Cool kid，你简直就像鸵鸟一样啊。思维成熟得像个大人，隐藏在小小的身体里，就以为别人看不出来了。
詹姆斯·布莱克： 那个时候真多亏有了你呢！ 你真的很聪明，我们FBI也想向你招手呢。 真厉害呀！非正式成员……不，或许我应该称你为福尔摩斯。 了不起呀——Cool Guy！ 贝尔摩德： 对，就是他。他那时能给我那么大的震撼，也许，能够贯穿组织胸膛的……就是他也说不定……是我期盼了很久的……银色子弹。 根本不需要两发，银色子弹一发就够了。 安室透：
那个孩子……是非同一般的男人哦。
大和敢助：
这小鬼让人觉得恐怖呢。
诸伏高明：
那位少年用仿佛看穿了一切似的沉着又清澈的眼神，静静地，却又沉重地开始诉说案件的真相。没错，就好像那位名军师——诸葛孔明一样。
山村操：
柯南啊，说实话是不是应该找个人给你驱驱邪啊。肯定有什么不吉利的东西附在你身上了！
高山南：
这么跩啊！
米原樱子：
你和大家在一起的时候，明明就像个普通的孩子，思考时却完全像个侦探！ 柯南作为小学生，却有着清晰的头脑和很强的行动力。这引发了小兰的怀疑，好在柯南借助阿笠博士的帮助瞒过了自己的真实身份（TV 7） 。此后柯南也曾多次被小兰怀疑身份（TV 96、TV 188~193 、TV 400），但在阿笠博士、灰原哀、怪盗基德（仅剧场版中）、服部平次、工藤有希子等得知自己身份的人的帮助下，都成功掩饰过去。
即使是不知道柯南真实身份的人也对他信任有加，如茱蒂·斯泰琳、高木涉、佐藤美和子等（其中部分人已经开始怀疑柯南身份）。