穷女孩受到命运女神满神（陈红）的特殊眷顾，长大成人后做了集万般宠爱于一身的王妃倾城（张柏芝），但是因此也成了被命运咒语所诅咒的“永远得不到真爱，除非时光倒流，人死复生”之人。在与北宫爵无欢（谢霆峰）、大将军光明（真田广之）等人进行的爱情角力中，倾城一次次被对方当作筹码，咒语灵验。
但是身分卑微的奴隶昆仑奴（张东健）却是真心爱着倾城。他期望用自己接近光速的奔跑来打破加诸在倾城身上的命运锁链，好让她返回人生的起点重获选择的权利。

本片讲述了6段烈日中的爱情故事：香港的中年司机（张学友 饰）因故结识了深圳的洗脚妹（刘若英 饰），两人日久生情；深圳，Wasabi（徐若瑄 饰）一直苦等酱油师傅（吴彦祖 饰）对爱的回应，但对方却心怀苦衷；香港，海滩卖遮阳伞的大叔（刘家辉 饰）推销笑话，但内心始终牵挂着亡妻；深圳，修理工阿威（谢霆锋 饰）邂逅了飞车女（徐熙媛 饰）碰撞出了火花；北京摄影师（段奕宏 饰）对模特的表现不满，后者负气离去，而他却突然失明，在助手（付辛博 饰）的陪伴下，他们追到深圳，各怀心事；20年前的镇江，乡下男孩（井柏然 饰）爱慕纺织女工（Angelababy 饰），并接受了在烈日下苦等100天的爱情誓约……
本片由众多位明星联袂出演，其中不乏张曼玉、阿Sa、余文乐、容祖儿等友情客串。

1905年，香港中环。革命志士惨遭暗杀。知悉孙中山（张涵予 饰）即将抵港，清廷遂派遣将军阎孝国（胡军 饰）前来剿杀。他收买赌徒沈重阳(甄子丹 饰)作密探。适逢商人李玉堂(王学圻 饰)之子李重光(王柏杰饰)考学庆典，沈重阳见前妻月茹(范冰冰 饰)与幼女已成他人家眷，黯然离去。为护孙，《中国日报》社长陈少白（梁家辉 饰）邀戏班班主（任达华饰）出手，令其惨遭灭门，其女方红(李宇春 饰)侥幸生还。陈少白被擒，与阎孝国相见，师生决裂。独子游行好友被擒等变故，使李玉堂投身革命，引得探长史密夫(曾志伟 饰)查封报馆。其间，李玉堂帮车夫阿四(谢霆锋 饰)与恋人阿纯（周韵 饰）订婚。月茹夜会沈重阳，要他弃暗投明。打女方红、小贩王复明(巴特尔 饰)、乞丐刘郁白(黎明 饰)等人也先后加入护孙行列。一场惊心动魄的全城追杀由此展开……
本片投资1.5亿人民币，史上首度以 1：1的比例，在上海重铸了1905年的香港中环。