《动物侦探刑警》讲述了因为一次事件而被搜查后被流放的刑警须藤友三（渡部笃郎饰），被分配到“警视厅总务部总务课动植物管理组”的故事。虽然须藤非常留恋在现场办案的日子，渴望重回一线，但他也理解警察组织的规定并且也面临着困难。就在他开始考虑为年轻人让路、逐渐失去对办案热情的时候，他与兽医系毕业的动物专家、新人警察圭子（桥本环奈饰）成为了搭档。圭子比起人类更热爱动物，经常让须藤感到无所适从。但是，当遇到案件时，圭子会利用现场留下的宠物和自身丰富的知识和观察力进行推理。在和圭子一起合作的过程中，须藤重新燃起了对工作的热情。