故事发生在盛唐时期的长安城，白乐天（黄轩 饰）本是朝廷要官，却为了收集写诗的素材而甘愿被贬为起居郎。长安城内连连发生离奇的死亡事件，就连当今圣上也难逃厄运离奇身亡，这一切都和一只神出鬼没的妖猫有关。日本僧人空海（染谷将太 饰）本为了替皇帝解咒远渡重洋而来，却和白乐天意气相投，两人决心携手调查案件真相。
一首如怨如诉的《清平调》表明，妖猫作祟和三十年前倾国倾城的杨贵妃（张榕容 饰）之死有着千丝万缕的关联，追寻着曾经迷恋杨贵妃的阿部仲麻吕（阿部宽 饰）所留下的日记，白乐天和空海一同见证了大唐曾经的荣光，亦揭开了当年隐瞒至今的阴谋。

段小楼（张丰毅 饰）与程蝶衣（张国荣 饰）是打小儿一起长大的师兄弟，两人一个演净，一个饰旦，配合天衣无缝，一出《霸王别姬》更是誉满京城。为此，两人约定合演一辈子《霸王别姬》。但两人对戏剧与人生关系的理解有着本质的不同，段小楼深知戏非人生，程蝶衣则是人戏不分。
段小楼在认为该成家立业之时迎娶了名妓菊仙（巩俐 饰），程蝶衣认定菊仙是勾引了段小楼，使段小楼做了叛徒。自此，三人围绕一出《霸王别姬》生出的爱恨情仇随着时代风云的变迁不断升级，终酿成悲剧。