『슈퍼 탐정 딜리』는 탐정 소설을 사랑하는 소녀 딜리가 세계 최고의 호화 여객선 마스커레이드 호에서 벌어진 살인 사건을 해결해 나가는 추리 동화다. 탐정 소설을 누구보다 좋아하는 딜리는 사악한 글래디스 이모와 그녀의 약혼자 폭스 경, 그리고 강아지 조수 왓슨과 함께 마스커레이드 호에 오른다. 배에는 전설적인 명탐정 마에스트로를 비롯해 여러 나라의 탐정들과 수상한 승객들이 타고 있었다. 그런데 저녁 식사 자리에서 마에스트로가 죽은 채 발견되면서, 배가 순식간에 살인 사건의 현장이 되자, 딜리와 왓슨은 어른들의 만류에도 몰래 수사를 시작한다. 그러나 사건은 여기서 끝나지 않고 또 다른 죽음과 위기, 그리고 거대한 케이크 폭탄으로 이어진다. 아무도 어린 딜리를 진짜 탐정으로 인정하지 않지만, 딜리는 자신이 읽어 온 책과 용기를 믿고 진실에 다가간다. 과연 딜리는 수많은 용의자들 속에서 진짜 범인을 밝혀내고, 폭풍 속 여객선을 구해낼 수 있을까?