一个雨夜里，凶狠的宙斯帮老大张东秀（马东锡 饰）正开车回家，路上突然被人撞了一下。他刚下车就遭到了毫无预警的袭击，身负重伤的他靠着过硬的格斗能力，迅速回击才勉强捡回一条命，但是作为黑帮老大的名声却受到了重创。唯一修复自己名声的办法，就是找到攻击自己的凶手再狠狠地报复回去。张东秀决定和警探郑泰锡合作，郑警探相信这个攻击者正是自己追踪中的连环杀手。郑警探的上司对他的推理不屑一顾，表示并没有任何证据可以支撑他的猜想。因为这个杀手没有留下过任何证据，别无他法的郑警探只能用张东秀的资源来收集关于连环凶手的信息，试图通过相似的作案手段来找到凶手。各自拥有才能和资源的两人联手，开始找寻这个代号为“K”的连环杀手。追寻同一个“猎物”的两人也立下了一条规则：谁先找到，谁就能凭自己的意愿处置他！

雨夜，香港法医中心遭遇一伙训练有素的悍匪的洗劫。来者挟持陈嘉豪（张家辉 饰）乔琳（杨紫 饰）两位法医，逼迫他们寻找一具特殊尸体并找出尸体体内的一颗子弹。法医在解剖的过程中发现，子弹事关一场黑帮血拼的大案，而匪首SANTA（任贤齐 饰）的身份也另有蹊跷。为了保护证物揭开真相，手无寸铁的陈嘉豪乔琳，利用身边一切可以利用的器械，和法医中心的特殊地势进行布局反击。逐渐被激怒的匪徒越发狂躁嗜血，陷入绝境的法医们，无畏楼毁人亡的危机，决心硬刚到底！

受过特警训练的警察陈家驹（成龙）为人正直办案拼命，时常将女友（张曼玉）忽略。某次围剿行动中陈家驹拘捕了大毒枭朱滔，但因证人（朱滔的秘书）莎莲娜（林青霞）的突然失踪，未能将其绳之于法，陈家驹因此受降职处分。事后含恨在心的朱滔为了报复陈家驹，设计将其诱至囚禁莎莲娜的别墅，并派手下杀死一名警察嫁祸其身，令陈家驹在警方的通辑令下只能四处流亡。
而侥幸逃脱的莎莲娜明白到朱滔为人不择手段的本质，为求自保，冒险潜入朱滔办公室偷得证据，却被其手下追杀至商场，陈家驹及时赶到，与朱滔手下展开激战。

刘建明（刘德华）在陈永仁（梁朝伟）被杀10个月后接受警队内部调查，被架空职权，加上家庭的变故，他的精神状态每况愈下，但他坚信局面很快就会扭转。年轻警司杨锦荣（黎明）在同事看来是怪人一个，他正凭着过人的业绩迈向警队最高层。为了搞清楚杨锦荣的真实身份，刘建明开始对其调查。
刘建明渐渐发现韩琛旧日的生意拍档沈澄（陈道明）与杨锦荣有着千丝万缕的关系，为了置杨锦荣于死地，也为了不让自己的身份曝光，渴望做个好人已久的刘建明开始千辛万苦地找寻一个又一个证据，可是他总在最接近真相时功亏一篑。

1991年，香港黑帮龙头倪坤被杀，倪氏家族旗下五大头目中除韩琛（曾志伟）外，均伺机背叛发难，不料却被倪家不起眼的第二代倪永孝（吴镇宇）不费一兵一卒牵制，此举引来重案祖督察黄志诚（黄秋生）的戒心，使其派出警校学生陈永仁（余文乐）渗入倪家进行长期的卧底工作，而韩琛为了巩固势力，早在警察内部安插了线人刘建明（陈冠希）。三年后，事业蒸蒸日上的倪永孝为安枕无忧，决意将五大头目一举歼灭，却因疏忽让韩琛成为漏网之鱼。
1997年，大难不死的韩琛重出江湖，为替死去的同事报仇，黄志诚找到他商议合作除掉倪永孝的事宜，不久却发现此举铸成大错，而各自为自己的尴尬身份苦恼的陈永仁和刘建明，则在无间道的路上越行越远。

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。