2016年夏天，北京潘家园一个旧书商离奇死亡，案发现场发现了一本从未公开过的民国笔记。笔记记载了北洋年间一系列罪案实录和神秘事件调查。旧书商生前好友金醉是一名都市传说研究者，他发现，笔记中暗藏了一些被历史忽略的真相，以及众多显赫人物不为人知的一面，这本笔记的主人属于一个隐秘群体——夜行者。
被皇帝赶出宫的太监、因饥荒逃到北京挑粪的河南人、被军人欺凌的巡警、在五四运动当天经过赵家楼的车夫……这些煌煌史书里的毛边、历史车轮上的泥垢、时代主线边缘的墨点，在《北洋夜行记》中一一登场，成为一个个鲜活的故事中的主角。而大名鼎鼎的鲁迅、胡适、老舍、周作人、袁世凯之子袁克文……则在故事的某个转弯不经意掠过，像是对这些大时代下的小人物曾经存在的见证。
《北洋夜行记》展现了不一样的历史——史书往往属于王侯将相和因果关系，但真相往往只有经历者知道。

路易斯（杰克·吉伦哈尔 Jake Gyllenhaal 饰）是个无所事事的小混混，整日干的尽是一些偷鸡摸狗的勾当。一次偶然中，他目睹了摄影记者工作的场面，从中觅得商机的他决定自己干上一票。
路易斯购置了摄像装备，通过窃听警方无线电的方式抢先一步到达犯罪现场进行拍摄，再将摄像资料卖给晨间新闻制片人妮娜（蕾妮·罗素 Rene Russo 饰）换取酬劳。在尝到了几次甜头之后，路易斯招募了里克（里兹·阿迈德 Riz Ahmed 饰）作为搭档，准备“扩张”自己的事业。渐渐的，普通的车祸或火灾现场已经无法满足路易斯和妮娜的胃口，他们需要的是更血腥、更劲爆、更吸引眼球的新闻场面，为了得到珍贵的一手资料，路易斯甚至不惜“亲自动手”。