战国末期，燕、赵、楚、韩、魏、齐、秦七雄并起，惟秦国最为强大，急欲吞并六国一统天下，秦王（陈道明）因此成为六国大敌，各地不同的刺秦故事一直在上演，其中赵国刺客残剑（梁朝伟）、飞雪（张曼玉）、如月（章子怡）、长空（甄子丹）因名震天下的高超剑术，令秦王十年里没睡过一个安稳觉 。
某日闻得长空已被名叫无名（李连杰）的秦国剑客杀死，秦王大喜急召其上殿相见，却也谨慎小心以防有诈，秦王和无名斗智斗勇的较量遂即展开。

1966年，从新加坡返回香港想忘掉过去的周慕云（梁朝伟 饰）住进东方酒店的、同他曾经熟悉的数字2046只差一号的2047号房，开始了他的卖文生涯。眼前、曾经在他身边出现过的一个个女人（章子怡、王菲、张曼玉、刘嘉玲等 饰）经过他大脑的过影后，令他对时空产生疑惑，不但忘不了过去，一幕幕往事反而更加挥之不去。
为了与过去作更好的告别，他将生活的点点滴滴化为文字，写下小说《2046》（说只要搭上了前往2046的列车，人们就可以找回失去的记忆）。