劉德華和林誌玲和張靜初本來都是警察特工，劉德華以前愛上張靜初和她結婚生了孩子，林誌玲和劉德華以前就是壹起行動估計。三人本來就有三角戀貌似。張靜初應該是特工，而和劉德華結婚互相不知道都是特工（類似斯密斯夫婦）
在臺灣的半卷被英國人搶走後警察特工們啟動天機壹號計劃。林誌玲是派到日本佟大為（為了爺爺要搶）的臥底。為了搶杭州卷英國壞人也要搶（要賣錢），斯琴高娃是F也是中國特工。這個計劃就是拿假的的杭州卷走水路，真的卷留在杭州。假的杭州卷引來兩方勢力爭奪。在水中大戰後假卷被斯琴高娃的手下搶走，要交易給佟大為。
警察線人叫英國人來東京搶那個假卷（斯琴高娃要和佟大為交易）劉德華不知斯琴高娃是自己人。上級派了特工林誌玲給劉德華壹起去搶那個假的卷（為了讓黑幫以為假的是真的，好保護真卷能在臺北合璧）。華仔（華仔本人好像不知道是假的）從交易中搶了假卷，要和劉德華接引4個西服男是特工，被滑輪的美女殺了。
佟大為知道林誌玲是臥底就利用她殺劉德華，後來劉德華沒死。改了身份繼續天機壹號。而林誌玲就愛上佟大為了，因為劉德華給不了她要的愛。隱瞞身份的劉德華去農村不知道為什麽？張靜初得知劉德華沒死，看到林誌玲又無所謂的樣子。貌似兩人本來就是認識或者倆人都是壹起特工出身。為了假卷佟大為綁架小寶和農村女孩。然後就各種變態。在危難之際張靜初變回特工，打爆鬼子。劉德華拿著高仿假卷來換孩子。狂殺鬼子。佟大為拿到假畫（它以為是真的）竟然把小寶和華仔給放了。
佟大為要出國去把假畫給斯琴高娃，到迪拜後斯琴高娃把假畫給了佟大為（好像警察還撈了壹筆）臺北那個真的在英國人那，林誌玲（不知道那些畫真假，只為了愛情為佟大為效力）和劉德華就去搶回來。後來壹陣亂打各種殺，臺北半卷真畫被林誌玲帶佟大為那裏去了。
林誌玲最後覺得愛的是劉德華，即使被威脅弟弟會被殺也沒動手。佟大為其實很愛林誌玲根本不會動她弟弟。最後劉德華張靜初兩夫妻殺入佟大為老巢變成武俠片了，最後林誌玲選擇愛劉德華而死，佟大為也不想活了。把辛苦搶的臺北真卷白送給了劉德華。天機壹號任務完成。
《天機·富春山居圖》在賣點上無疑是嘔心瀝血的，它似乎集合了所有好萊塢的經典元素，無論是豪車美女眼花繚亂應接不暇還是奪寶特工帆船迪拜塔，在某壹個瞬間，觀眾甚至有種恍若隔世的感覺：這不是壹部中國電影，而是某部《碟中諜》與《奪寶奇兵》的混合體。盡管總有人以不屑的語氣評價《天機》的3D特效怎樣不值壹提怎樣小兒科，但只有真正熟悉電影工業的人才知道，電影畫面中每壹幅每壹秒的爆炸和幻化都來自於中國電影人的汗水和努力。拋開無謂的純吐槽，不得不承認，這部電影中畫面十分震撼，3D特效也非常絢爛逼真。特別是影片中大量的異地取景，可以說是國產電影之最。《天機·富春山居圖》這部電影耗資過億，在拍攝上投入了高額的成本，影片在日本東京、阿聯酋迪拜等地取景，當然優美的自然風光和奪目的城市建設令人神往，實地取景拍攝讓影片的整體效果大氣不少，這已經是借鑒好萊塢工業化的壹種做法，從畫面效果來看，值得稱道。