影片讲述了师徒四人在西行的路上，白骨精（巩俐 饰）为夺唐僧（冯绍峰 饰）而巧设圈套，被孙悟空（郭富城 饰）识破，屡次受挫。唐僧却误会孙悟空滥杀无辜，将其逐出师门。白骨精趁虚而入，掳走唐僧。悟空闻讯前往营救，彻底击溃白骨精。师徒冰释前嫌，重新上路。

五百年前，由石猴变化而成的齐天大圣孙悟空（张磊 配音）大闹天宫，最终被如来佛祖镇在了五行山下。此去经年，长安城内突然遭到山妖洗劫，童男童女哭声连连，命悬一线。危机时刻，自幼被行脚僧法明（吴文伦 配音）抚养长大的江流儿（林子杰 配音）救下了一个小女孩，结果反遭山妖追杀。经过一番追逐，江流儿无意中解除了孙悟空的封印，齐天大圣自然好好地将山妖教训了一番。因为封印未解开，悟空不得不护送江流儿和小女孩回长安，一路上又遭遇了猪八戒（刘九容 配音）和白龙马。
与此同时，妖王（童自荣 配音）绝不甘心失败，他躲在暗中，等待着给孙悟空一行致命一击的良机……