故事要从一位无名作家（裘德·洛 Jude Law 饰）说起，为了专心创作，他来到了名为“布达佩斯”的饭店，在这里，作家遇见了饭店的主人穆斯塔法（F·莫里·亚伯拉罕 F. Murray Abraham 饰），穆斯塔法邀请作家共进晚餐，席间，他向作家讲述了这座饱经风雨的大饭店的前世今生。
饭店曾经的主人名叫古斯塔沃（拉尔夫·费因斯 Ralph Fiennes 饰），而年轻的穆斯塔法（托尼·雷沃罗利 Tony Revolori 饰）在当时不过是追随着他的一介小小门童。古斯塔沃为人正直，精明能干，在他的经营和组织之下，布达佩斯大饭店成为了当时首屈一指的度假胜地。古斯塔沃和年迈的D夫人（蒂尔达·斯文顿 Tilda Swinton 饰）情投意合，D夫人去世后，在遗嘱中将一副价值连城的名画留给了古斯塔沃，这一举动惹恼了她的儿子迪米特里（阿德里安·布洛迪 Adrien Brody 饰），布达佩斯大饭店和古斯塔沃的厄运就此拉开了帷幕。

约翰·康斯坦丁（基努·里维斯饰）是个长得英俊潇洒，还有点超能力的侦探。听起来不怎么样，可实际上他的超能力可不是一般的--能够在天堂与地狱间任意游走的他顶多算是个介于神鬼之间的人形生物。 虽然天生能识别混在人类中的半魔半仙，平时工作也就有了着落--周游世界、调查各地发生的神秘事件，不过这个让人琢磨不透的男人实际上却从小为这种超能力所苦。算是以驱魔为生的康斯坦丁可是已经对人生毫无幻想了，整个一愤世嫉俗的青年。 日子就这么一天天过着，直到女警官安吉拉（蕾切尔·威兹饰）的出现。安吉拉完全是个不信鬼神的主，不过孪生妹妹十分蹊跷的死亡却让她手足无措。虽说不信邪，可为了调查明白妹妹的死因，安吉拉不得不向康斯坦丁这个行走在善恶边缘的古怪家伙求助。诡异的地狱之旅开始了，说不定他们顺便还能拯救拯救人类呢！

为了应对愈演愈烈的温室效应，世界各国在2014年发射了代号CW-7的冷冻剂，谁知却将地球推入了万劫不复的极寒深渊。大多数的人类死于寒冷与恐慌，只有为数不多的数千人登上了威尔福德工业开发的列车，成为永不停歇的流浪者。这列火车借助威尔福德（艾德·哈里斯 Ed Harris 饰）开发的永动引擎，并且配备各种完备设施，在之后的十七年里构建了属于自己的独立生态系统，周而复始旋转在43.8万公里的漫长旅途中。生活在末尾车厢的底层人民一直饱受压迫，为了争取自由和权力，他们在过去发起过多次暴动，但无疑例外均以失败告终。这一次，拥有领袖气质的柯蒂斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）试图找到被囚禁的安保设计师南宫民秀（宋康昊 饰），借助他之手打开通往首节车厢的重重大门，推翻威尔福德的统治。新年伊始，一场血腥革命正在进行……
本片根据根据法国漫画《Le Transperceneige》改编。