Mistérios no Morro do Castello se passa em plena Belle Époque do Rio de Janeiro, uma era de glamour e progresso, mas também de limitações para as mulheres. Cora, nossa protagonista, inicia um estágio no escritório do Corpo de Investigações do Rio de Janeiro, e o que parece ser um passatempo se transforma em uma ruptura de padrões quando ela decide seguir os passos do tio e se tornar a primeira mulher a se dedicar à carreira de detetive criminal. Ao lado de Ravi, seu confidente e leal amigo de infância, a jovem passa por desafios, perdas e inseguranças, ao mesmo tempo que percebe seus sentimentos por ele aflorarem a cada dia. Mas entre segredos, distâncias e mal-entendidos, o que poderia ser o início de uma grande paixão se torna uma fria decepção. Será que o casal vai superar as barreiras que eles próprios criaram? Ou seus corações serão inundados por novos amores? Enquanto isso, na Corporação, Cora é convocada para resolver casos corriqueiros de desaparecimentos ao lado do carismático e também inexperiente colega de trabalho Xin Shao. Sem saber, eles embarcam em uma missão perigosa que os leva a um tesouro secular e diversas reviravoltas. Determinada e destemida, a jovem está disposta a ir além dos limites impostos, pela sociedade e por sua própria família, para solucionar os mistérios que cruzam seu caminho. Em meio a traições, mentiras e revelações sombrias, Cora precisa correr contra o tempo para não se tornar a próxima vítima.