武则天（刘嘉玲饰）登基之前，修建了高达三百尺的通天浮屠。竣工之前，却先后发生命案：工部侍郎贾颐、大理寺卿薛勇（刘金山饰）相继自焚而亡。监工沙陀（梁家辉饰）称此二人因动通天柱之灵符而遭天谴。大理寺少卿裴东来（邓超饰）、武后贴身侍卫上官静儿（李冰冰饰）奉命调查，但国师陆离却指点此案需狄仁杰（刘德华饰）查办。武后下旨，入狱八年的狄仁杰获释任钦差负责此案，却遭刺客袭击。所幸其早有防备，加之上官静儿陪护，得