1905年，香港中环。革命志士惨遭暗杀。知悉孙中山（张涵予 饰）即将抵港，清廷遂派遣将军阎孝国（胡军 饰）前来剿杀。他收买赌徒沈重阳(甄子丹 饰)作密探。适逢商人李玉堂(王学圻 饰)之子李重光(王柏杰饰)考学庆典，沈重阳见前妻月茹(范冰冰 饰)与幼女已成他人家眷，黯然离去。为护孙，《中国日报》社长陈少白（梁家辉 饰）邀戏班班主（任达华饰）出手，令其惨遭灭门，其女方红(李宇春 饰)侥幸生还。陈少白被擒，与阎孝国相见，师生决裂。独子游行好友被擒等变故，使李玉堂投身革命，引得探长史密夫(曾志伟 饰)查封报馆。其间，李玉堂帮车夫阿四(谢霆锋 饰)与恋人阿纯（周韵 饰）订婚。月茹夜会沈重阳，要他弃暗投明。打女方红、小贩王复明(巴特尔 饰)、乞丐刘郁白(黎明 饰)等人也先后加入护孙行列。一场惊心动魄的全城追杀由此展开……
本片投资1.5亿人民币，史上首度以 1：1的比例，在上海重铸了1905年的香港中环。

香港湾仔，电器行老板娘（鲍起静 饰）丈夫早亡，她和妹妹共同抚养儿子阿来（张学友 饰）。但后者终日沉迷侦探小说，41岁依然单身，还常会跟想象中的亡父对话。在一场相亲宴上，阿来见到了洁具行售货员爱莲（汤唯 饰），起初有点尴尬，后来在茶餐厅，两人谈笑风生。不过，爱莲一直挂念狱中的古惑仔男友阿旭（安志杰 饰），所以对这门亲事只是敷衍。阿来同样接到了前女友（张可颐 饰）的邀请，出任男模，两人似乎重新擦出了火花。虽然阿来和爱莲各怀心事，但两人却在轩尼诗道再度重逢。与此同时，老板娘却因为报税之事跟老相好（李修贤 饰）闹了别扭，而且，一直蒙在鼓里的她还目睹了阿旭与爱莲牵手逛街。经受不住打击的她彻底崩溃、住进了医院。此后，阿来跟前女友，爱莲跟阿旭的感情却发生了变化……

广东佛山人叶问（梁朝伟 饰），年少时家境优渥，师从咏春拳第三代传人陈华顺学习拳法，师傅“一条腰带一口气”的告诫，支持他走过兵荒马乱、朝代更迭的混乱年代。妻子张永成（宋慧乔 饰）泼辣干练，二人夫唱妇随，琴瑟合璧。
1936年，佛山武术界乱云激荡。八卦拳宗师宫羽田（王庆祥 饰）年事已高，承诺隐退。其所担任的中华武士会会长职位，自然引起武林高手的关注与觊觎。包括宫羽田的独生女宫二（章子怡 饰）在内，白猿马三（张晋 饰）、关东之鬼丁连山（赵本山 饰）、咏春叶问等高手无不将目光聚焦在正气凛然的宫羽田身上。拳有南北，国有南北乎？最有德行之人才堪会长重任，然这浮世虚名却引得无数迷乱之人狂醉奔忙，浪掷残生。生逢乱世，儿女情长埋藏心底，被冷若寒冰的车轮碾作碎泥……

南宋年间，全真教道士丘处机与江南七怪武功不相上下，两方决定各培养一个徒弟，日后比武来决定双方武功高低。丘处机的徒弟是金国小王子杨康（苗侨伟 饰），江南七怪的徒弟则是自小随母亲在蒙古生活的郭靖（黄日华 饰）。从蒙古来到中原的郭靖，邂逅了“东邪”黄药师（曾江 饰）的女儿黄蓉（翁美玲 饰）。后又遇见义弟杨康，卷入了杨康一家的纠纷中还有杨康与穆念慈（杨盼盼 饰演）的感情纠葛。在郭靖和黄蓉两人的各种冒险中，两人又结识了“北丐”洪七公（刘丹 饰）、“西毒”欧阳锋（杨泽霖 饰）、“南帝”一灯大师（刘兆铭 饰）、“老顽童”周伯通（秦煌 饰）等武林奇人，经历了丐帮、铁掌帮、争夺武穆遗书等种种事件，两人的爱情也遭遇了许多考验。后郭靖又接到成吉思汗命令，令其率兵攻打南宋。郭靖终逃离蒙古，和冰释前嫌的黄蓉共同保卫襄阳。
香港TVB83版《射雕英雄传》根据金庸同名小说改编，被广泛认为是改编最成功的一版，真实再现了金庸笔下那个充满传奇的武侠世界。