Lasse og Maja bor i den lille byen Valleby. Når de ikke går på skolen driver de detektivbyrået sitt, LasseMajas Detektivbyrå. En dag finner Lasse og Maja en mystisk bok om byens grunnlegger. Samtidig slipper den beryktede forbryteren Conny Kameleon ut av fengsel og merkelige ting begynner å skje i Valleby. En dødningsskalle står i sentrum for en rekke mistenkelige hendelser og våre to helter blir nødt til å bruke all sin kløkt for å løse saken. Filmen er basert på Marin Widmarks spennende barnebøker.