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。