电影根据虹影《上海之死》及横光利一《上海》改编。

1941 年。著名演员于堇返回孤岛时期的上海，表面上是为了出演她的旧爱执导的话剧《礼拜六小说》。但是她真正的目的是什么？是为了救出她的前夫？为了给盟军搜集情报？为了给养父工作？还是为了和自己的爱人一起逃离战争？她真正的使命是什么？随着她着手执行任务，敌我越来越难以分辨，一个女人的命运被时代紧紧牵引，她又如何做出改变世界格局的选择？戏里戏外，谁能幸免？

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。