工藤新壹因為目擊黑衣組織的交易被發現而遭毒手，被灌下APTX4869（組織研發的藥物）後導致身體縮小至7歲。新壹擔心自己的事會危及周圍人的安全，而隱藏真實身份，化名江戶川柯南，寄住在青梅竹馬的女友毛利蘭家中，轉學至帝丹小學壹年B班，與吉田步美、小島元太、圓谷光彥成為朋友，四人組成了少年偵探團。
柯南住在小蘭家中，希望借助小蘭的父親毛利小五郎偵探的身份追查組織，可是小五郎卻是個“迷偵探”。柯南只得借助自己沒有減退的推理天份幫助小五郎破案，但因為身體變小導致辦案時不便，危險性也增加，因此阿笠博士為他發明了手表型麻醉槍和領結變聲器等道具。柯南利用這些道具“代替”小五郎進行推理，破解疑案，使得原本默默無聞的小五郎聲名大噪，得到了“沈睡的小五郎”稱號。與此同時，柯南也壹直急切地追查組織。
宮野明美化名廣田雅美，到毛利偵探事務所委托尋人，後被琴酒滅口，柯南在明美臨死前趕到，明美透露她屬於壹個神秘的黑色組織（對應動畫改編為與組織無關，後來才以原創形式補上該段劇情）。
在新幹線火車上，他遇到了將其灌藥變小的兩名組織成員，通過竊聽獲知他們的代號是“琴酒”和“伏特加”（但在對應動畫中卻被改為與組織無關，柯南得知二人代號的方式不明）。
因為小五郎參與滿天堂公司的產品發布會，柯南偶遇組織成員龍舌蘭，但其旋即被誤炸而死，組織的痕跡也被湮滅。
之後，柯南結識了關西的高中生偵探服部平次，並且變小的事情被平次發現。二人隨後成為摯友，柯南在追查組織時經常征求平次的意見。 柯南和灰原偶然發現了琴酒的保時捷，意欲跟蹤時被琴酒發現了跟蹤器。但柯南依然得知組織成員皮斯克將在杯戶飯店進行暗殺行動。柯南和灰原趕到，琴酒卻已將發現雪莉會到杯戶飯店壹事告知了皮斯克。皮斯克暗殺成功後發現灰原，將她迷昏後藏在飯店酒窖。柯南與灰原取得聯系後讓她喝下白幹。灰原恢復身體，從煙囪逃至飯店頂樓。遇到埋伏的琴酒和伏特加，灰原身中數槍。柯南趕到後用麻醉槍擊中琴酒，同時灰原由煙囪逃回酒窖。此時白幹效力已過，灰原身體變回。皮斯克在準備處決灰原時，柯南再次趕到解救了灰原，而皮斯克則因暗殺中出現了重大失誤被琴酒滅口。灰原感覺當時還有其他組織成員在場，柯南也通過手帕顏色推理出當時在場的美國女星克麗絲·溫亞德也是組織壹員。
這之後，柯南相繼結識茱蒂老師、新出醫生和詹姆斯·布萊克，而曾同乘壹輛車的赤井秀壹監視毛利偵探事務所，跟蹤灰原。高木警官告訴柯南，警視廳毛利偵探辦過的案子案卷都被偷走，這引起了柯南的緊張。柯南在基本確定克麗絲是組織成員的同時懷疑茱蒂老師是克麗絲假扮，並與服部平次壹起去試探茱蒂老師的身份。
小五郎受托尋找失蹤的電腦工程師板倉卓，從委托人的談話中柯南了解到他就是當年在電玩公司殺人事件中被炸死的組織成員龍舌蘭接觸的對象。最後通過追查案件，柯南獲得了組織的線索——板倉的日記，了解到了黑衣組織的行蹤，並試圖冒充板倉與伏特加接頭，但是被琴酒識破而失敗，險些被琴酒抓到。板倉的日記中提到黑衣組織的龐大計劃甚至影響到人類的前途，要使時光倒流。柯南與蘭遇到赤井秀壹，小蘭的反應使新壹得知小蘭曾見過赤井。
哀患感冒，送醫途中遇到命案，遇到蘭、園子和茱蒂，赤井也跟蹤而來。案件解決後，博士借茱蒂的車將哀送回了家，並找來新出醫生給哀看病。阿笠博士提到哀的父親宮野厚司是壹個很有名的瘋狂科學家，而母親艾蓮娜是壹個英國留學生，並且黑衣組織可能正在從事讓死人復活的計劃。博士帶柯南和哀去拜訪哀父親的生前好友、設計師出島壯平，試圖了解更多關於哀父親的事。出島被人謀殺，柯南在破案的同時，也找到了由哀的姐姐設法藏在設計所的、哀的母親留給哀的錄音帶。
貝爾摩德利用幽靈船活動，邀請了小五郎、新壹和琴酒，試圖調開新壹而刺殺哀；知道新出醫生為貝爾摩德假扮的茱蒂了解到了這個計劃，搶先壹步接走哀並試圖將貝爾摩德引入陷阱，但貝爾摩德將計就計作了安排；另壹方面，柯南邀請服部平次化妝成自己赴會，而自己在母親有希子的幫助下化妝成哀試圖和黑衣組織接觸；哀不放心柯南去，跟蹤前往；蘭因想了解茱蒂的真正身份躲在了茱蒂汽車的後備箱裏並在最後關頭救了哀。貝爾摩德不讓向蘭開槍並叫她angel，逃脫了赤井的追捕，並且向琴酒隱瞞了柯南和哀的事，而茱蒂設法瞞過了蘭，同時柯南聽到了貝爾摩德給那位先生發郵件時的按鍵音。自此之後，柯南得知茱蒂老師和赤井壹行的FBI身份，與FBI建立了合作關系。
柯南聽到山村操給他奶奶發信息，開頭按鍵音和Boss的郵件地址很像，是鳥取縣，後來柯南等人去壹音樂世家後，得知那個的按鍵聲的旋律為《七個孩子》，還因此推理出Boss的郵箱地址。但灰原警告柯南，這是不可開啟的潘多拉之盒。 赤井假死後化名沖矢昴，有工藤有希子易容，後來沖矢昴搬到新壹家，有希子每周都要回來檢查赤井的易容情況。 與此同時，水無急報，組織派出了厲害的偵探波本。
戴著神秘列車戒指的灰原在事件中被迫服藥暫時恢復身體，視頻還被發到了網上。組織果然登上了列車，柯南因此請來母親和沖矢昴登上列車，並拜托怪盜基德化裝成誌保保護了她，並且搞清了安室透就是組織的波本。
列車篇事件過後，柯南以為安室透不會再出現，結果在網球場遇到安室，非常驚訝。通過與高木警官的對話，柯南推理出神社事件中賞櫻遊客弁崎桐平和其“妻子”為波本和貝爾摩德假扮，非常緊張。 柯南不斷懷疑身邊的安室，後來推理出安室是警察臥底，大膽進行了試探，但安室並未承認。安室來到杯戶中央醫院調查楠田陸道之死，與貝爾摩德壹同套出了楠田在車中開槍自殺的情報，使柯南非常緊張。柯南與沖矢昴、阿笠博士和父母定下了對策。安室突襲新壹家未果，被瞞過了沖矢昴就是赤井。而赤井也根據安室的綽號“零”調查出了安室的公安警察臥底身份。與此同時，水無發來了朗姆出動的情報。 家人：父親工藤優作、母親工藤有希子（以柯南母親身份出現時曾化名“江戶川文代”）
青梅竹馬 & 深愛的人：毛利蘭（TV 621、M 4對其表白）
偶像：夏洛克·福爾摩斯、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、圓谷光彥、小島元太、鈴木園子、京極真、遠山和葉、高木涉、佐藤美和子、赤井秀壹（沖矢昴）、茱蒂·斯泰琳、安德雷·卡邁爾、水無憐奈、本堂瑛祐、世良真純、安室透、羽田秀吉等
老師：小林澄子（帝丹小學1年B班班主任）
默契的搭檔：服部平次（並稱“關東的工藤，關西的服部”，經常與新壹協作辦案）、灰原哀（對柯南的推理進行提示）、赤井秀壹（“紅與黑的碰撞”系列）
喜歡他的人（註：喜歡新壹的人請見“工藤新壹”詞條，本詞條不予收錄）： 吉田步美（喜歡柯南，曾經多次在劇中表白，也曾親過柯南 ，TV 418中直接說柯南很可能是她未來的丈夫。柯南知道步美喜歡自己，但是他只把步美當成好朋友） 伊東惠（動畫原創人物。伊東玉之助的妹妹，喜歡柯南，多次說柯南是她的男朋友，在TV 452中有表白，與步美的關系非常緊張） 三上鈴（動畫原創人物。TV 61~62中出現，喜歡柯南，曾要求柯南與她接吻，但是無奈的柯南只是親了她的臉） 中北楓（動畫原創人物。TV 638~639中出現，喜歡柯南，在TV 639片尾曲後直接要柯南做她的新郎） 敵人：黑衣組織
對手：第二代怪盜基德（即黑羽快鬥）、服部平次、白馬探、世良真純
害怕的人：妃英理（小蘭的母親。小時候新壹因為經常帶著小蘭去“冒險”，所以經常被英理罵，還有就是英理的烹飪技術。之後僅僅是因為其烹飪技術） 原作
截至目前，在漫畫原作、TV版中得知高中生偵探工藤新壹身體變小，化名為江戶川柯南的人有9位（仍在世的有8位）：
1．阿笠博士：柯南告知（TV 2）
2．工藤優作、工藤有希子：阿笠博士轉告（TV 43）
3．服部平次：發現柯南與新壹之間的疑點；且柯南把他射暈，中途醒來，後逼柯南承認（TV 58）
4．宮野明美（已故）：臨死前問柯南到底是誰，柯南回答：“工藤新壹，是個偵探。”但不知道新壹身體變小的原因（TV 128）
5．灰原哀（宮野誌保）：通過實驗和對工藤家的勘察，懷疑工藤新壹未死並身體縮小；之後由阿笠博士告知（TV 129）
6．貝爾摩德：有希子的密友，因此見過新壹小時候照片，最遲在TV 230中就已經知道柯南身份（當時貝爾摩德偽裝成新出醫生，見TV 345中解釋）。稱柯南為“銀色子彈”，並對組織隱瞞相關情況。
7．本堂瑛祐：推理得知，設計逼柯南親口承認，但劇情未顯示其得知工藤變小的原因（TV 508）
8．沖矢昴（即赤井秀壹，File.898確認沖矢昴真實身份為赤井秀壹）：在註意到以新壹的聲音向小蘭打電話的柯南後得知，但劇情未顯示其得知新壹變小的原因（TV 691）
其他作品
非《名偵探柯南》原作的動畫作品（如劇場版、OVA、特別合作篇、《魔術快鬥1412》等）中，得知江戶川柯南就是高中生偵探工藤新壹的人如下：
1．第二代怪盜基德（黑羽快鬥）：M 3《世紀末的魔術師》中假扮白鳥警官，竊聽柯南與阿笠博士的對話得知。並為了還柯南救他鴿子的情，扮成新壹幫他逃過小蘭的懷疑。（註：基德僅在劇場版、OVA、《魔術快鬥1412》中明確或暗示其得知柯南身份，《名偵探柯南》漫畫原作中沒有明確表現出基德知曉柯南身份。TV 628結尾處柯南將“自己母親是工藤有希子”的部分信息告訴了基德，基德或許可以因此調查處柯南身份，但是這壹點並沒有相關後續劇情）
2．“諾亞方舟”（澤田弘樹設計出的壹款人工智能軟件，是弘樹思想的化身，已自行毀滅）：讀取柯南腦中資料得知（M 6）
3．愛爾蘭（Irish，黑衣組織成員，已死）：搜集指紋資料對比得知，沒有來得及報告組織便被琴酒下令殺害（M 13）
4．魯邦三世、次元大介、石川五右衛門、峰不二子：當面揭穿柯南身份，但得知的原因不明（合作特別篇《魯邦三世VS名偵探柯南》，不影響《名偵探柯南》原作劇情）
5．阿朗·斯密斯（已死）：臨死前柯南親自承認真實身份，但他並不知道新壹身體縮小等情況（合作劇場版《魯邦三世VS名偵探柯南THE MOVIE》，不影響《名偵探柯南》原作劇情）
爭議人物
收錄存在爭議的人物。其中大部分對柯南身份持懷疑態度或有得知其身份的跡象，但劇情中並未明確其已經知道了柯南身份：
1．茱蒂·斯泰琳：尚未懷疑柯南身份。FBI搜查官。FBI在追查黑衣組織時，她與其他同事潛入貝爾摩德藏身的暗室，看到了貝爾摩德的飛鏢靶上有柯南的照片上寫著“Cool Guy”。但她還在TV 345中問貝爾摩德“柯南那個孩子的確很聰明，但他只是個孩子不是嗎？”貝爾摩德未回答。File.898證明她還沒有懷疑柯南的真實身份。
2．高木涉：猜測。曾在TV 162等集中見過新壹。TV 304中，柯南和高木被困在東京鐵塔裏拆彈，二人都準備獻出生命時，他問柯南“妳究竟是何方神聖”，說明高木警官已經開始懷疑柯南的身份，不太相信柯南只是壹個普通的小學生了。在TV 504裏，高木收起了帶有柯南指紋的手機，有可能會因此調查出柯南的身份。
3．佐藤美和子：猜測。曾在TV 241中懷疑過“沈睡的小五郎”，柯南之後便不在佐藤面前麻醉毛利。TV 302中說過：“他（柯南）果然不是簡單的小孩子。”另外她是高木涉的搭檔與戀人，高木涉如果有發現壹定會告知她。
4．水無憐奈（基爾）：猜測，可能性較小。雖了解柯南的能力，但現劇情中沒有任何跡象證明她對柯南身份感興趣，在組織中進行臥底也很難有精力去調查柯南身份。
5．世良真純：猜測，可能性較大。很多細節暗示她了解新壹，對柯南身份感興趣，調查過柯南，似乎已經基本確認柯南就是新壹。例如TV 651服部與工藤的推理對決中，世良看出柯南已經知道事件真相時說：“看來勝負已分了呢。”但無確鑿證據。柯南也已意識到世良可能已經得知自己身份 。
6．安室透（波本）：猜測。TV 706中表示對柯南產生濃厚的興趣，後暗中竊聽、跟蹤柯南。
7．白馬探：猜測，可能性較小。TV 473中有對柯南偵探能力的贊賞。但他是《魔術快鬥》中的主要人物，只是在《名偵探柯南》中客串。
8．羽田秀吉：猜測。註意到柯南的推理能力不同尋常，也非常信任柯南。另外秀吉基本符合世良對其二哥的描述；且劇情暗示二哥知道柯南的推理能力，甚至還可能知道柯南更多底細。但無確鑿證據說明秀吉就是“世良二哥”，所以對於秀吉是否知道柯南身份仍有待進壹步觀察。
9．毛利小五郎：猜測，但具有較大爭議。
10．伊東末彥：存在爭議。M 10《偵探們的鎮魂歌》中人物。雖然利用椅子上的儀器測出了柯南的指紋，但是他也只是知道工藤新壹來了，就算後面聽出聲音稚嫩，也還稱其為工藤，即沒有發現柯南與工藤新壹之間的關聯。嚴格來說並不能作“身份知情者”，故算作“爭議人物”。
註：1.關於黑衣組織為何至今未察覺柯南的身份：主要是因為TV 129中灰原告知她已經把黑衣組織檔案上工藤新壹的資料從“不明”改為“死亡”，琴酒等組織主要負責人並未對新壹之死產生疑惑（見TV 345中“我從不去記死人的名字”）。並且這也是作品連載的需要。
2.小蘭雖多次懷疑柯南身份，但都被掩飾過去，她還不知道柯南就是新壹。小蘭首次懷疑柯南身份是在漫畫Vol.3 File.8《身份受懷疑》、TV 7《每月壹份禮物威脅事件》，此外還有M 3（非常危險，連柯南都以為瞞不過去了）、TV 96、TV 188~193 、TV 400。 工藤優作： 妳的觀察力還不夠哦…… 好慢…… 工藤有希子： 跟小小新壹住在壹起……我就覺得自己好像又年輕了呢。 妳還真是受歡迎啊！ 只要有他在奇跡也可能發生呢！這孩子的推理可是百發百中。 毛利蘭： 好可愛喔！ 柯南，妳球踢的不錯嘛！就跟新壹壹樣！ 可是，妳是小學壹年級的吧？想當偵探還早得很呢！ 妳的推理能力就跟新壹壹樣！ 從行為來看……他根本不像小學生！ 壹定沒錯！那種口氣、行為和推理能力……怎麽看都像是新壹！ 我以前就覺得妳怪怪的，妳果然就是新壹！ 我遭襲擊時，柯南可是拼了命保護我呢！ 柯南妳這小氣鬼，快告訴人家啦！ 什麽呀！妳怎麽這麽白癡呀！ 真是的，妳每次都害我擔心得要死…… 那孩子不是經常註意到壹些有趣的事嗎？ 對不起，不能陪妳到最後……柯南，我相信妳…… 如果柯南是新壹就好了…… 柯南，我相信妳…… 好棒！來了這麽壹個可愛的弟弟，以後我就多了壹個談心的對象…… 柯南和新壹壹樣都特別喜歡福爾摩斯。 對了，柯南來了之後，爸爸的生意就開始好轉…說不定這是柯南帶來的好運哦！ 從行為來看……他根本不像小學生！！這麽說，那壹次……以及那壹次……還有最近的案子……全部……全部……都是靠柯南才破的案……簡直是新壹的翻版…… 對呀！就跟某人壹樣，對音樂少根筋。 雖然他只有小學壹年級，但是會去註意壹些小細節，因此往往找到破案的關鍵！ 看妳壹副小大人樣，其實根本還是個孩子。 妳老愛做危險的事情。 謝謝妳哦~小大人！ 那是因為妳和他很像哦~那張愛逞強的推理大笨蛋的臉！ 服部平次： 那家夥就是這麽懦弱…… 因為妳的外表看來就像小孩，所以我才擔心嘛！ 這家夥真無恥！ 白癡……妳是第二……以前我曾經遇到過……壹個比妳聰明的多了的……偵探…… 怎麽樣？比起某個縮小前的偵探還要帥很多吧！ 我想只有妳才能和我真正地壹決勝負呀…… 是啊……他那種不把任何人放在眼裏的口氣……簡直就和……和妳壹模壹樣！不過，因為妳看上去比較可愛……所以比他還好壹些！ 妳這家夥還是這麽冷漠…… 阿笠博士： 是新壹親戚的小孩呀！難怪長得這麽像小時候的新壹！ 妳這小孩真可疑！ 真是的！簡直就跟小孩沒什麽兩樣…… 灰原哀： 妳還真體貼。 真是個越來越有吸引力的對象。 江戶川沒那麽容易被擊垮的。 那家夥我才看不上眼的。 妳還真平靜…… 笨蛋！ 怎麽每次都是馬後炮…… 雖然某人是有點多管閑事！ 在妳的詞典裏也沒有啊，不可能三個字。 妳還真不是壹般的矮啊。 某個演技出眾的人。 我對他很相信。作為搭檔。 江戶川並不是那種會讓妳擔心的沒用家夥。 被正義感所驅使，不考慮任何後果的追求事實的真相，為不讓任何人受到傷害，自己背負壹切。妳這種像少年壹樣的天真性格，我有著刻骨之深的興趣。但妳知道嗎，妳這種正義的浩然之氣讓她（指毛利蘭）和我，還有妳自己，帶來了這種孤獨與危險，工藤。 妳還是不知道……什麽都不知道。不過我也並不希望妳知道。 妳很會扮小孩嘛。 妳不是告訴過我……不要逃避嗎？妳不是叫我不要逃避自己的命運嗎……而且妳還說妳會保護我對不對？ 小孩子壹個。 不能放棄哦，工藤，如果找不到福爾摩斯，對我們而言，妳就是我們的福爾摩斯，沒有什麽事是福爾摩斯辦不到的，對吧？ 妳也是個沒口福的呢。 名偵探壹遇到足球，就變成壹個不折不扣的少年了。 這和某人每天只會不厭其煩地尋找血淋淋的推理情節的興趣相比，要好得多了。 能爬那麽高的，也只有江戶川和猴子先生了。 推理能力是遺傳爸爸的，使用變聲蝴蝶結時的演技以及愛出風頭和過度自信都是遺傳媽媽的。 妳還是壹如既往的堅強。 追求真相的妳。 明明是個音癡，怎麽妳耳朵還是那麽靈啊。 把擔心藏在自己心裏。 他其實很狡猾，利用了機械的力量！ 看上去很擅長分辨這種東西的江戶川。 毛利小五郎： 又是這小鬼…… 不知為什麽，這小孩壹在場，我的案子就辦的特別順利…… 真是的！這樣跟棄犬不是沒兩樣嗎？我真想見見妳的爸媽！ .當我的推理遇到瓶頸時……他的壹句話總是給我很大的啟示……這家夥絕不是等閑之輩……他到底是什麽來頭？ 這個臭小子…… 哪兒的話！有這麽可愛的孩子住我家，我也感到萬分榮幸！（TV 43，對工藤有希子所扮的柯南的“媽媽”江戶川文代） 柯南神明大人~~~~求求妳救救蘭吧~~~~（M 6中小五郎害怕小蘭被諾亞方舟破壞大腦，希望柯南趕快通過遊戲） 想不到這個臭小子也有討人喜歡的時候~~ 鈴木園子： 好——可愛喲！ 簡直是音癡！ 他果然還是這麽不可思議！ 妳還是這麽不可愛！ 這小子老是很臭屁！ 真是個不可思議的孩子！ 那小鬼的確是非常機靈，感覺也蠻敏銳，很神就對了。不過真要我說呢……只是個狂妄的小鬼頭罷了。 吉田步美： 柯南太大意會出事的…… 太厲害了！柯南！妳真是神童耶！ 柯南的頭腦真好！反應又機靈！ 因為柯南在我身邊保護著我呢！ 我們註定要結合在壹起呢！ 他好像要去很遠的地方，不再回來了…… 才不是呢！ 柯南本來就是個音癡嘛…… 老奶奶的智囊袋又壹次發揮作用了！ 雖然很可愛，可是有點撒嬌的感覺…… 圓谷光彥： 妳真聰明！ 我真羨慕妳啊！ 他什麽事都知道，真的很厲害，而且他的動手能力也比平常人強。 好、好厲害啊…… 小島元太：
妳是平凡的人……
怪盜基德： 妳不是普通的小朋友。 妳根本沒有夢想…… 妃英理： 小弟弟妳的記性真好。很不錯喲！ 妳剛才不是很生龍活虎的嗎！ 這孩子倒挺能幹的！ 茱蒂·斯泰琳：
Cool kid，妳簡直就像鴕鳥壹樣啊。思維成熟得像個大人，隱藏在小小的身體裏，就以為別人看不出來了。
詹姆斯·布萊克： 那個時候真多虧有了妳呢！ 妳真的很聰明，我們FBI也想向妳招手呢。 真厲害呀！非正式成員……不，或許我應該稱妳為福爾摩斯。 了不起呀——Cool Guy！ 貝爾摩德： 對，就是他。他那時能給我那麽大的震撼，也許，能夠貫穿組織胸膛的……就是他也說不定……是我期盼了很久的……銀色子彈。 根本不需要兩發，銀色子彈壹發就夠了。 安室透：
那個孩子……是非同壹般的男人哦。
大和敢助：
這小鬼讓人覺得恐怖呢。
諸伏高明：
那位少年用仿佛看穿了壹切似的沈著又清澈的眼神，靜靜地，卻又沈重地開始訴說案件的真相。沒錯，就好像那位名軍師——諸葛孔明壹樣。
山村操：
柯南啊，說實話是不是應該找個人給妳驅驅邪啊。肯定有什麽不吉利的東西附在妳身上了！
高山南：
這麽跩啊！
米原櫻子：
妳和大家在壹起的時候，明明就像個普通的孩子，思考時卻完全像個偵探！ 柯南作為小學生，卻有著清晰的頭腦和很強的行動力。這引發了小蘭的懷疑，好在柯南借助阿笠博士的幫助瞞過了自己的真實身份（TV 7） 。此後柯南也曾多次被小蘭懷疑身份（TV 96、TV 188~193 、TV 400），但在阿笠博士、灰原哀、怪盜基德（僅劇場版中）、服部平次、工藤有希子等得知自己身份的人的幫助下，都成功掩飾過去。
即使是不知道柯南真實身份的人也對他信任有加，如茱蒂·斯泰琳、高木涉、佐藤美和子等（其中部分人已經開始懷疑柯南身份）。