カジノ強奪を成功させたアルセーヌ・ルパン3世は、盗んだお金が本物と見分けがつかないほど精巧な偽札「ゴシック・ドル」であることを知る。相棒の大助・ジゲンと共に、偽札の出自を調べるため小さな国カリオストロへ向かう。到着後、彼らは車での追走劇に巻き込まれ、伯爵カリオストロの家族の富を乗っ取るための強引な結婚計画から逃げる、亡き公爵ド・カリオストロの娘クラリス・ド・カリオストロを救出する。
困っている女性を助けたいと願うルパンは、クラリスの側に立つことを決意する。すぐに、各自の理由で五右衛門・石川十三世、峰不二子、そして銭形警部が事態に引き込まれる。全員がカリオストロ城に集まった時、ルパンは10年前の訪問を思い出し、城に隠された真実が次々と明らかになっていく。