唐高宗年间，阎立本偶遇狄仁杰（任嘉伦饰）蒙冤入狱事件，在助其自救后，发现他是断案奇才。适逢皇上派他去感业寺查案，遂决定带狄仁杰一同前往。在感业寺，狄仁杰侦破奇案，化解了一场佛门大劫，并与武媚娘结缘。狄仁杰一鸣惊人，被皇上派往并州，在此期间，他屡破奇案，被称为神判。

本片讲述了狄仁杰在一片乱局一种受命调查通天教主奇案，一路上历经艰险，凭借聪明才智破解了真相，救出了被绑架的武则天，并拆穿通天教主的真身，挽留了国家于为难的故事。

该片讲述大唐光宅元年，武则天自长安迁都，皇戚重臣跟随其后，浩浩荡荡，奔赴洛阳，沿途官员皆鸠工庀材，严阵以待。不料金平县内发生连环杀人案，多名年轻女子被残害，人心惶惶，皆以为邪祟所作，而金平县恰在武则天迁都路途的中间位置，为保圣上顺利迁都，狄仁杰跟随大理寺要员提前来到金平县，调查连环命案的故事。

狐妖夜出谣言四起，百万银饷离奇失踪，押饷士兵无一生还。大理寺卿率人奔赴查案，却遭埋伏身亡，尸体形状诡异。天后震怒，狄仁杰为还将士真实情况而破悬案，历经生死踏上了破解狐妖阴谋的冒险之路。背后的阴谋是权臣的勾结，还是鬼魅横行，谜团最终能否解开……

影片讲述的是因武则天（童飞 饰）器重奉诏入京出任大理寺丞的青年才俊狄仁杰（郭品超 饰），偶然卷入乾元殿行宫失火谜案后智破奇案的故事。乾元殿无故失火，狄仁杰发现废墟下的残缺人偶木质特殊，切断后有血流出，与真人无异，宫内更有此法是武皇后使用“厌圣” 之术诅咒高宗的传言，武则天当机立断派上官秋（骆达华 饰）和梅花内卫都领李青方（黄一晗 饰）协同狄仁杰查办此案。随着案件深入，流血人偶创造者白衣道士（周浩东 饰）、看守人偶的武皇后侄子贺兰敏之（张明明 饰）、玉面书生白崇文（于小彬 饰）等众多势力牵涉其中，神探狄仁杰逐层剥茧抽丝，发现看似已浮出水面的真像，却是蓄势着的更大阴谋，一系列祸端仅仅是个开始......

皇帝久卧病榻，疏于朝政，贪腐盛行！朝廷下拨军饷莫名失踪二十余万两，太师传旨命狄仁杰侦破当朝罕见悬案，不料贪污军饷的王将军忽然暴毙，使案件更是一瞬失去线索，狄仁杰与柔儿前往营中调查。

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，得以脱身。狄仁杰排除了怀疑对象琅琊王李宵（姚鲁 饰），并拒绝了其对抗武后之约。狄仁杰发现，死者身中赤焰金龟之毒，遂带领裴东来、上官静儿夜访鬼市，希望从昔日太医汪驴口中获得真相，不想遭遇埋伏，疑似国师显身，杀手集结，令三人难以脱身。然而，一番缠斗之后，案情似乎有了水落石出的转机……