电影海报之狄仁杰片中的两位女主角，刘嘉玲饰演的武则天以及李冰冰饰演的上官静儿，将亦文亦武地与饰演“唐朝第一神探”狄仁杰的刘德华“斗心也斗狠”。故事一开始狄仁杰就在坐牢。而影片讲的实际是狄仁杰坐牢8年后的一个故事。朝廷发生一桩惊天怪案，无人能破，武则天只好再次起用狄仁杰。狄仁杰经历万难，终于破案，但也付出了巨大的代价。
通天帝国，命悬一线。
公元690年，经过八年苦心经营，武则天即将正式登基，成为中国历史上第一位女皇帝。
当时的中国，是世界上幅员最大人口最多的国家。仅仅唐朝都城洛阳一地，人口就将近百万。疆域西达咸海，北覆蒙古，南至越南，大食、天竺尽皆臣服。
随着高达六十六丈，象征至高皇权的「通天浮屠」渐近完工，武则天的登基大典也已就绪。世人皆知――「浮屠落成之日，女皇登基之时」。不料，匪夷所思的命案竟接连在洛阳发生！死者无故自燃，都在胸腹间起火，延及全身，宛若炮烙般被烧成灰烬，未烧尽的部分也焦黑如残枝废炭……更让武则天心惊的是，受害者几乎都是她亲政之后提拔的亲信！
显然，凶手是在挑战她的权威！
电影海报之武则天武则天深知只有找出凶手，才能安定人心，自己登基后的地位才能稳固。武则天急于揪出凶手，但她的敌人实在太多，多到难辨敌我……
就在此时，武后收到法力高强且多年来与她关系密切的国师陆离的讯息，说起如今妖人逆行犯案，皆因太白星离宫八年，身陷囹圄，尚未归位，武则天很快想起素有「文武具备通天神探」美誉的狄仁杰：当年，因为皇帝年幼、她决定垂帘听政，第一个跳出来反对的大臣便是狄仁杰。狄仁杰因此获罪，被囚禁到焚字库服刑，一晃就是八年。武则天下令，要自幼入宫与她亲若母女的贴身女官上官静儿将狄仁杰尽速召回——如果他还活着的话。
狄仁杰还活着。不仅活着，经过八年磨难，他从一个意气风发、锋芒外露的办案高手，变成一个沉稳内敛，处变不惊的男人。他终日在焚字库里面对熊熊大火，焚烧着过期的奏折。面对上官静儿，狄仁杰似乎早已作好准备…
狄仁杰被召回洛阳晋见武则天，两人相对，感慨颇多：一个是当年桀傲不逊、几乎动摇自己权位的男子；一个是高高在上，让自己过了八年生不如死日子的女人…… 望着满面沧桑的狄仁杰，武则天特命他为钦差，协同大理寺彻查洛阳发生的焚尸案。也许此刻，只有全无官场包袱且智勇双全的狄仁杰，才能深入这诡谲阴谋的核心。
情势所逼，狄仁杰接下了这个任务。专门办案的大理寺少卿裴东来，阴错阳差成了狄的手下。加上狄仁杰原来入狱之前的老朋友、现任「通天浮屠总监修」的沙陀，三人联手，全力查案追凶。
电影剧照查案过程中，狄发现此案不但迷雾重重，而且杀机四伏──太多人不愿让他找出真相，太多人想除他而后快。越往下查，案情越盘根错节，牵连既深且广。一切线索，似乎都指向武则天掌政以来最亲密的伙伴、传说中拥有高深法力的国师陆离！再查下去，恐要动摇武则天的威信……老友沙陀忧心忡忡，劝狄仁杰明哲保身、辞官避祸，但狄仁杰岂肯罢手？他的坚持，不仅为了破案、更为了帝国安危。
狄仁杰发誓，不管凶手官位多高，势力多大，也要不惜性命查明真相。
此时的武则天也茫然了，在案情抽丝剥茧、逐渐明朗的同时，所有情况面临失控──陆离和自己之间千丝万缕的关系若暴露，将导致她多年苦心经营的帝业全面崩溃。
她面临最后的抉择──毁了狄仁杰，或让他继续查下去。
两人再遇，君臣交锋，注定是一场两败俱伤的棋局。
最终，狄仁杰凭借非凡的毅力、勇气和智慧，理清了重重案情，将罪大恶极的凶手绳之以法。是沙陀为了阻止武则天即位，所以在通天佛内的通心柱上做了手脚：在通心柱上钻了几个孔，让溶浆流入通心柱，从而烧断通心柱以使得大佛向宫殿倒塌，压死武则天。即使没有一举压死她，守在城外的叛军也会来杀死武则天。
狄仁杰不辱使命，查出了尸体自焚案的全部真相，沙陀才是元凶首恶。他首先在工部侍郎贾颐的喝的水里掺入了赤焰金龟的毒液（黄磷），因为贾颐发现通心柱被做了手脚；而大理寺卿薛勇被杀只是个幌子；大理寺少卿裴东来被杀是因为他找到了贾颐的施工检验图，凶手要杀人灭口。最后，狄仁杰被染上金龟的毒，他只得进入鬼市，躲避阳光。
