Аниме «Детективное агентство Лейтон: Расследования Кэт» рассказывает о Катриел Лейтон, дочери профессора Лейтона, которая решается на создание собственного детективного бюро. Её поддерживают верный помощник Ноа Монтуар и говорящий пёс по кличке Шерл. Вместе они берутся за загадочные дела, которые цепляют Лондон день за днём. Основная мотивация Катриел — найти исчезновение своего отца, Хершела Лейтона, — и этот поиск придаёт её расследованиям дополнительную ткань напряжённости. Но благодаря необычайному таланту к разгадыванию загадок и безупречной логике, девушка быстро превращается в фигуру, к которой обращаются за помощью со стороны. Клиенты приносят самые запутанные просьбы, а Катриелл с помощью команды распутывает хитросплетения, раскрывает мотивы преступников и замечает детали, незаметные для обычного глаза. В пути её ждут новые союзники, неожиданные повороты и личные открытия, которые приближают её к истине о прошлом отца.
