1991年，香港黑帮三合会会员刘健明（刘德华）听从老大韩琛（曾志伟）的吩咐，加入警察部队成为黑帮卧底，韩琛许诺刘健明会帮其在七年后晋升为见习督察。1992年，警察训练学校优秀学员陈永仁（梁朝伟）被上级要求深入到三合会做卧底，终极目标是成为韩琛身边的红人。2002年，两人都不负重望，也都身背重压，刘健明渐想成为一个真正的好人，陈永仁则盼着尽快回归警察身份。
重案组从陈永仁手中获悉一批毒品交易情报，锁紧目标人物韩琛，没料情报被刘健明泄出，双方行动均告失败。但此事将双方均有卧底的事实暴露，引发双方高层清除内鬼的决心。命运迥异又相似的刘健明和陈永仁开始在无间道的旅程中接受严峻考验。

整日醉生梦死的小工人林守一（李修贤 饰）当年曾是一名优秀干练的皇家警察，后来他因酒后殴打嫌疑人而被停职查办，感情一向不和的妻子Judy也趁机与其离婚。数年后，重案组警探程曦（梁家辉 饰）及其助手铁男带着男孩小念找到林，原来林的前妻不久前被人入室杀害，只有儿子小念幸免于难。经过一段时间相处，父子俩由疏远逐渐亲密起来，林也决定找出杀害前妻的凶手。
几经辗转，程和林找到Judy生前的室友——美丽的女模特Ellen方（郑文雅 饰），询问之后一无所获，而他们的造访却给Ellen带来巨大的麻烦……

在IPSC实战射击赛中，警员庄子维（吴彦祖 饰）打破了赛会纪录，但新纪录很快被香港基金经理关友博（古天乐 饰）改写，后者夺魁。赛后，关友博巧遇蒙面歹徒打劫解款车，解款员被歹徒打死。此时，一个交通警（连凯 饰）路过，被歹徒打伤。为救人，关友博击毙了4名劫匪，并报警。另一歹徒落荒而逃，同时4亿美元债券遭抢。交警获救，护理他的是关有博的女友（蔡卓妍 饰）。因非法持枪伤人，关友博被拘。庄子维审问时发现对方超常冷静。面对检方控诉，关友博沉着应对，结果当庭获释。女上司（李冰冰 饰）接他回家，但他对她的殷勤并不领情。关友博的账户存在资金周转问题，他正想方设法拖延还款时间。庄子维在查案中毫无头绪，于是请教老枪王（方中信 饰），从对话中，他似乎嗅到了关键性的线索……

大盗张彼德（刘德华）得知生命只剩四周时，决定为死于黑道老大（李子雄）之手的父亲报仇，为此他精心设计打劫了黑道老大的运输公司隔壁的财务公司，并挟持人质引来因得罪上级被转调文职的高级谈判专家何尚生（刘青云）。
何尚生在同张彼德展开追逐时，虽屡战屡败，却渐了解到黑帮老大实则借 助运输公司做非法走私珠宝的生意，于是同张彼德化敌为友，携手同黑帮势力展开了斗智斗勇的游戏。而张彼德在逃避何尚生追逐的过程中无意结识女孩梁婉婷（蒙嘉慧）后，在生命的尽头获得一份浪漫奇缘。