二十一世纪初，泰勒公司先进机器人发展到了连锁阶段，那些机器人实际上和人类完全相同，被称为复制人，这些复制人在体力、敏捷度和智慧上都不错，被人类用于外世界从事奴隶的劳动、危险的探险工作及其他星球的殖民任务上，经过外界殖民地连锁六号战斗组的血腥暴动后，地球上宣布复制人为违法物——必须处死。特勤小组——银翼杀手受命侦查任何入侵复制人，并予以击毙。那不叫做处决，而是称之为退休。Rick Deckard（Harrison Ford 饰）就是银翼杀手之一，某天，他奉命追踪潜入泰勒公司的复制人Roy Batty（Rutger Hauer 饰）、Zhora（Joanna Cassidy 饰）、Leon（Brion James 饰）和Pris（Daryl Hannah 饰），和他搭档的是泰勒公司的连锁六号复制人Rachael（Sean Young 饰）在追踪的过程中，他和瑞秋产生了感情，明白了复制人们为了延长自身的机器寿命而做出的努力，渐渐地开始反思人类的命运。

故事背景设定在一个虚构的近未来社会，居民的婚恋受到严格控制管理。根据规定，单身者要被集中移送到一个酒店里，他们必须要在45天之内找到一个匹配的伴侣，失败者会被转化为一种自选的动物，并被流放到森林中。为了延长45天的期限，酒店里的单身者们还会到森林里狩猎其他逃亡的单身者。
本片的主人公大卫（柯林·法瑞尔 Colin Farrell 饰）与一批单身者一同被送到酒店，他忍受着这里的各种严苛规定，同时也积极在酒店提供的各式各样的相亲场合中寻找伴侣。眼看期限将至，大卫还没有找到合适的伴侣。尝试和一个女人配对失败后，他逃到了酒店外面的森林，逃亡的单身者居住的地方。然而，在这个单身者反抗酒店制度的栖息地里，又有着另一套截然不同的制度……

故事发生在大断电30年后。复制人K（瑞恩·高斯林 Ryan Gosling 饰）是新一代的银翼杀手，在如今的世界里，人类和复制人之间的界限划分的更加明确，复制人从刚一制造出来就被灌输了服务于人类的思想，绝对不被允许产生人类的感情。
某日，一具女性复制人的遗骨被挖掘了出来 ，令陆军中尉乔什（罗宾·怀特 Robin Wright 饰）感到震惊的是，这名女性复制人生前不仅怀过孕，还将孩子生了下来，这个孩子的存在将会彻底破坏政府苦心经营的规则和秩序。乔什命令K找出这个孩子，并将他杀死。在一间废弃的农场里，K发现了一些线索，然而，这些线索竟然和他被植入的过去的记忆有着千丝万缕的关联。与此同时，复制人尼安德（杰瑞德·莱托 Jared Leto 饰）和他的手下拉芙（西尔维娅·侯克斯 Sylvia Hoeks 饰）也在寻找着这个孩子的下落。