『ルパン三世 PART5（TV第5シリーズ）』から3年ぶりとなるテレビシリーズである。製作には『TV第5シリーズ』と同じく製作委員会方式が用いられている。クールごとにテーマとなるキーワードが設定されており、第1クールは原点である『アルセーヌ・ルパン』シリーズや原作で大切にされてきた要素の一つである「ミステリー」を、第2クールは「女」をキーワードにしている。

製作・放送決定の発表は、原作者のモンキー・パンチの誕生日である5月26日に行われた。また、アニメ化50周年記念企画として、抽選で5名に本作への出演権が与えられるというTwitterを利用したファン参加型の応募企画も実施されることが発表された。

『PART4（TV第4シリーズ）』および『TV第5シリーズ』からはスタッフが一新され、監督は『ルパン三世 プリズン・オブ・ザ・パスト』で演出を担当した菅沼栄治が起用され、キャラクターデザインは過去のTVSP『グッバイ・パートナー』『プリズン・オブ・ザ・パスト』でキャラクターデザインを担当した丸藤広貴が担当する。また、本作のアニメーション制作はトムス・エンタテインメント単独に戻っている。

シリーズ構成は第1クールは大倉崇裕が、第2クールは村越繁が担当。第1クールの内容は大倉が執筆するメインストーリーとゲスト脚本家によるオムニバスエピソードで構成されており、オムニバスエピソードのゲスト脚本家として押井守、辻真先、芦辺拓、樋口明雄、湊かなえが参加した。

『ルパン』アニメ放送開始50周年記念作として本作でのルパンは、テレビシリーズとしては『TV第1シリーズ』（1971年-1972年放送）以来となる緑のジャケットを標準衣装として着用している。ルパン以外のキャラクターについては『TV第2シリーズ』の服装に近いものになっており、次元のネクタイは黒、五ェ門は水色の着物、銭形は茶色系統の服装になっている。

なお、第17話では、ルパン本人たちが着用しているわけではないが、過去のテレビシリーズの衣装デザインが登場している。

当作の初回放送である第0話「EPISODE 0 ―時代―」をもって、アニメ版ではパイロットフィルムから唯一、次元大介役として参加し続けた小林清志が50周年の節目もあり勇退した。同時にそれ以降の放送回から大塚明夫に交代することが発表された。なお、第0話のみ監督は過去のシリーズで原画や演出などを務めた富沢信雄が、キャラクターデザインは『PART4』『PART5』を担当した横堀久雄が、脚本は『PART4』シリーズ構成の高橋悠也が担当しているなど一部スタッフが異なっている。エンディングには『TV第2シリーズ』の後期オープニングテーマ「ルパン三世’80」が使用された。

本番組と同時期にフジテレビが制作したテレビドラマの映画版である『劇場版 ルパンの娘』の公開が予定されていたことから、両者を盛り上げる目的で電通による仲介でコラボレーションが実現。SNSやYouTubeなどによるプロモーションが行われた。

舞台はロンドン。発端は、第二次世界大戦後にイギリス政府を陰で支配していると言われている秘密組織「レイブン」の隠し財宝に繋がる一枚の映画ポスターだった。

ロンドンに住む紳士・フォークナー卿は仕事場からその一枚絵を持ち出すが、誰かと待ち合わせていたところをスコットランドヤードに取り押さえられる。そこに現れたロンドンの名探偵の名を継承する諮問探偵シャーロック・ホームズは、そのフォークナー卿はアルベール・ダンドレジーの変装した偽物であることを看破する。MI6まで現れ追い詰められたアルベールは自決を図るも旧知の仲であるルパン三世に助けられ、彼に例の一枚絵を持ち去られる。ルパン一味も一枚絵を狙っていたのだ。

14歳の少女リリー・ワトソンと暮らすホームズは、10年前に起きた事件を機に探偵として一線を引いていたが、一枚絵を持ち出したことで追いかけられるルパンに遭遇。ルパンを目の当たりにしたリリーは気を失い、ホームズはルパン一味に挑戦する。

一枚絵にはどんな秘密が隠されているのか?10年前に一体何が起こったのか?そしてルパンとホームズの因縁とは?

レイブンの秘宝を巡る事件からしばらくして。ニューヨークのマンションでゴロゴロ過ごしていたルパンはある時、不二子からの紹介で盗品オークションに出品されるお宝の数々を聞かされる事になるが、その中の一つである赤く輝く宝石を見たルパンは、目の色を変えるかの様な表情を見せる。

次元や不二子は赤い宝石を見てからのルパンの様子がおかしい事に気付くが、実はその赤い宝石は、子供の頃のルパンが過ごしていた屋敷に保管され、ある「女」によって盗まれたお宝の一つであり、ルパンは何が何でも取り戻そうとする。老人に変装したルパンはオークションの行われる場所を下見するが、そこに飾られている花に興味を惹かれた事で、花の展示を行った花屋で働く少女マティア・ファーラーと関りを持つ事になる。一方、いくら調査しても赤い宝石の出品者は突き止められず、出品者の正体を知るには宝石を盗むしかないと判断したルパンは、オークション会場の襲撃計画を立てる。

オークション当日、警官に変装したルパン、次元、五ェ門の三人は、徹底した厳重な警備の敷かれているオークション会場の外に待機。あらかじめ仕組んでいた超小型の虫型のドローンを用いたトリックによってオークション会場を混乱させ、その隙に本物の警察官達を扇動しオークション会場へ乗り込むが、そこへ謎の赤毛の女・メルセデス率いる女強盗団「エルヴィラ」が襲撃。テロも同然の容赦無いやり方を行使するエルヴィラによって、ルパンの狙っていた宝石を始めとする出品されたお宝は全て奪われ、ルパンは変装を解いてメルセデスの追跡を行う。その光景をICPOの若手女性捜査官であるアリアンナが目撃するが、なぜか彼女は警察官達にルパンの追跡を指示しようとしなかった。

ルパンとエルヴィラの戦いを映像や街中、窓から様々な「女」達が感情の無いかの様な冷たい目で見る中、宝石を持ったメルセデスを追い詰めようとするルパンであったが、メルセデスと思われていたのは彼女の影武者で、その影武者を平然と巻き添えにして殺す形でメルセデスはルパンに攻撃。吹き飛ばされた宝石に手を伸ばそうとするルパンであったが、眼下に花屋の仕事をしていたマティアがいた事に気付き、彼女が瓦礫の下敷きになりそうだった事から、ルパンは宝石を諦めてマティアの救出を優先する。

瓦礫の破片で頭部を負傷したマティアを介抱する中、宝石を手に入れて勝ち誇ったメルセデスが現れ、「ルパン三世、アンタの時代は終わったよ。トモエに教えを乞うた割にはガッカリだね…」と、ルパンを心底侮蔑する言葉を言い放って去っていく。駆け付けた次元達から「トモエ」と呼ばれた女性について心当たりがあるのかと問われたルパンは、その女性が自分の「母親」である事を告げるのだった…。

果たしてエルヴィラを率いるメルセデスの目的は？そしてルパンとエルヴィラの戦いを見ていた「女」達は一体何を思っているのか？