唐高宗末年，高宗與武則天（劉嘉玲飾）力排眾議出兵攻打敵國，豈料艦隊出海遭遇事故損失慘重。年少的狄仁傑（趙又廷飾）初到洛陽便卷入他人擄掠花魁銀睿姬（Angelababy飾）壹案，幾經波折解救睿姬並獲得大理寺卿尉遲真金（馮紹峰飾）信任，攜尉遲與沙陀忠（林更新飾）壹同查辦“龍王案”，而睿姬昔日情郎元鎮（金範飾）則成為破案關鍵。與此同時，神秘人、巨型海怪以及有關皇族的安危的陰謀接連而至，洛陽城陷入壹片危機四伏之中。