武則天（劉嘉玲飾）即位之前，構筑了高達三百尺的通天浮屠。竣工之前，卻先后產生命案：工部侍郎賈頤、大除夕理寺卿薛勇（劉金山飾）相繼自焚而亡。監工沙陀（梁家輝飾）稱此二人因動通天柱之靈符而遭天譴。大除夕理寺少卿裴東來（鄧超飾）、武后貼身侍衛上官靜兒（李冰冰飾）銜命查詢探看，但國師陸離卻領導此案需狄仁杰（劉德華飾）核辦。武后下旨，進獄八年的狄仁杰獲釋任欽差當真此案，卻遭刺客打擊。所幸其早有防范，加之上官靜兒陪護，得以脫身。狄仁杰排除了狐疑東西瑯琊王李宵（姚魯飾），并拒盡了其對破武后之約。狄仁杰發現，逝世者身中赤焰金龜之毒，遂領導裴東來、上官靜兒夜訪鬼市，欲看從昔日太醫汪驢口中得到秘聞，不想遭受匿伏，疑似國師顯身，殺手集結，令三人難以脫身。但是，一番纏斗之后，案情好像有了底細畢露的轉機……