故事发生在盛唐时期的长安城，白乐天（黄轩 饰）本是朝廷要官，却为了收集写诗的素材而甘愿被贬为起居郎。长安城内连连发生离奇的死亡事件，就连当今圣上也难逃厄运离奇身亡，这一切都和一只神出鬼没的妖猫有关。日本僧人空海（染谷将太 饰）本为了替皇帝解咒远渡重洋而来，却和白乐天意气相投，两人决心携手调查案件真相。
一首如怨如诉的《清平调》表明，妖猫作祟和三十年前倾国倾城的杨贵妃（张榕容 饰）之死有着千丝万缕的关联，追寻着曾经迷恋杨贵妃的阿部仲麻吕（阿部宽 饰）所留下的日记，白乐天和空海一同见证了大唐曾经的荣光，亦揭开了当年隐瞒至今的阴谋。

穷女孩受到命运女神满神（陈红）的特殊眷顾，长大成人后做了集万般宠爱于一身的王妃倾城（张柏芝），但是因此也成了被命运咒语所诅咒的“永远得不到真爱，除非时光倒流，人死复生”之人。在与北宫爵无欢（谢霆峰）、大将军光明（真田广之）等人进行的爱情角力中，倾城一次次被对方当作筹码，咒语灵验。
但是身分卑微的奴隶昆仑奴（张东健）却是真心爱着倾城。他期望用自己接近光速的奔跑来打破加诸在倾城身上的命运锁链，好让她返回人生的起点重获选择的权利。

京剧艺术大师梅兰芳先生的传记电影，但多处描写与史实不符。
唱了大半辈子戏的大伯因在西太后寿辰中顾及家中出殡未穿红被赐一纸枷锁后，少年梅兰芳将他临死留下的一封书信随身携带，开始跟随与梅家有世交的京剧老生名角十三燕（王学圻）学唱戏、做人。十年后，梅兰芳（余少群）在梨园崭露头角，想着能一辈子清清白白唱戏、做人。
对戏剧艺术有颇深研究的留洋司法局长邱如白（孙红雷）满腹牢骚于传统京剧，却在看过梅兰芳的演出后难抑激动，提笔给他写下鼓励、建议书信。梅兰芳也想创新表演，对邱如白十分感激。两人封封书信往来、见面促膝长谈中，梅兰芳对京剧的理解日渐加深、翻新，并收获“三哥”邱如白持续一辈子的单纯情谊。
但梅兰芳也因此与十三燕生出分歧。两人在好事者的怂恿下决定对打擂台，梅兰芳大获全胜，迎来自己的时代。梅兰芳能成功，除了自个有非一般的悟性、邱如白时刻在艺术上将他鼓励外，尚因大银行家“六爷”冯子光（英达）在财力上慷慨相助。
之后，梅兰芳（黎明）迎娶福芝芳（陈红），开始试图过台上销魂女子、台下一般男子的生活，却注定如身戴“纸枷锁”般难如愿：结识当红须生孟小冬（章子怡）后，他与之结成精神上的伉俪，却抱憾擦身；抗日时期，为了表气节，他蓄须忍痛离别心爱的舞台。期间助他在国际舞台上大放光彩的赴美演出，亦是好事多磨。

父母双亡的忠良（张国荣）投靠嫁入庞家的姐姐秀仪（何赛飞）时，处处受到姐夫的挤兑和侮辱，一怒之下用鸦片毒废了姐夫，逃到上海后，阴差阳错投入黑帮头目大大门下，成为利用色相勾引富家太太上钩再勒索其钱财的“拆白党”。庞府老爷死后，大小姐如意（巩俐）被立为主事，为骗庞家财产，大大命忠良回到庞府引诱如意，岂料两人日久生出真情，不忍再欺骗如意的忠良独身返回上海，而如意也被大大接到上海，眼见了忠良所从事的“拆白党”勾当，心生死灰。

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。