文森特•汉纳（阿尔•帕西诺 饰）是洛杉矶警局重案组的探长，工作积极投入，打击犯罪毫不手软，因此，家庭生活危机重重，目前的第三次婚姻也面临解体；尼尔•麦考利（罗伯特•德尼罗 饰）是职业匪徒，混迹江湖多年，做事干净利落，而且心狠手辣，不留后患，组织手下成功抢劫运钞车的案子，使他受到了警方的“特别关注”。
一个偶然的机会，尼尔认识了平面设计师伊迪，两人一见钟情，再看到手下都有安定的家庭生活，尼尔也想把握自己的幸福，遂萌生退意。然而，在最后一次抢劫银行的行动中，因为叛徒的出卖，手下一死一伤，本已逃出的尼尔，带着伊迪在去机场的路上，得知了叛徒的消息，他决定替手下报仇，同时也和文森特•汉纳进行最后的较量……

1991年，香港黑帮三合会会员刘健明（刘德华）听从老大韩琛（曾志伟）的吩咐，加入警察部队成为黑帮卧底，韩琛许诺刘健明会帮其在七年后晋升为见习督察。1992年，警察训练学校优秀学员陈永仁（梁朝伟）被上级要求深入到三合会做卧底，终极目标是成为韩琛身边的红人。2002年，两人都不负重望，也都身背重压，刘健明渐想成为一个真正的好人，陈永仁则盼着尽快回归警察身份。
重案组从陈永仁手中获悉一批毒品交易情报，锁紧目标人物韩琛，没料情报被刘健明泄出，双方行动均告失败。但此事将双方均有卧底的事实暴露，引发双方高层清除内鬼的决心。命运迥异又相似的刘健明和陈永仁开始在无间道的旅程中接受严峻考验。

情报科窃听小组三兄弟情同手足，梁俊义（刘青云 饰）正直而又懦弱，在个人感情问题上托泥带水；杨真（古天乐 饰）家境窘困，不仅要应付身患白血病儿子的随时可能出现的突发情况，而且自己也病入膏肓，命不久矣；林一祥（吴彦祖 饰）年轻有为，满怀雄心，如今又“嫁入豪门”，前途不可限量。
三兄弟在负责调查上市公司“风华国际”涉嫌内幕交易案起始，通力合作，出色的完成了布置各种偷听及监视仪器的工作。在继续的监听过程中意外获得一则情报，巨额利润诱惑之下，三人遂起贪念，在风起云涌的股市大赚一笔。事后三人又恐事情败露，利用职务之便销毁罪证。
正当三人以为这件事平息之际，却不曾想风云再起，一只意想不到的黑手往他们袭来，三人陷入劫境，连遭杀戮，最终悲情收场。
“三大型男”挑战极限，两大班底（《无间道》、《门徒》）共同打造，一段悲情感人至深。