1949年的帝都，是一个与当今日本完全不同的架空城市。19世纪遗留下来的贵族制度，社会上产生了极端的差格，帝都有9成的财富，都被一小部分特权阶级——贵族控制着。在这样的一个城市中，有一个人像变魔术一样，专门偷盗富贵人家的美术品、古董等宝物。民间传说他拥有20张脸，可以变幻自如，这个叫作“怪人二十面相”的家伙，还被人们称为“K-20”。

故事的主人公，是马戏团杂技师远藤平吉。某天，一位来看马戏表演的神秘绅士，要求平吉潜入羽柴财阀的千金羽柴叶子与名侦探明智小五郎的婚礼，并用他给的照相机拍下他们的相片，还答应会给平吉一笔可观的报酬。平吉在毫不知内情的情况下，照约定潜入了他们的婚礼，谁知那竟然是K-20设计的圈套。意外发生了，平吉被人们误以为是K-20，冤枉替他背上了罪名。为了还清白之身，平吉打算以自己在杂技团中练就出来的矫健身手及头脑为武器，与K-20的下一个目标贵族小姐羽柴叶子及其未婚夫明智小五郎联手，一起与K-20决一死战。最终，平吉能够洗脱冤罪吗？