影片讲述的是因武则天（童飞 饰）器重奉诏入京出任大理寺丞的青年才俊狄仁杰（郭品超 饰），偶然卷入乾元殿行宫失火谜案后智破奇案的故事。乾元殿无故失火，狄仁杰发现废墟下的残缺人偶木质特殊，切断后有血流出，与真人无异，宫内更有此法是武皇后使用“厌圣” 之术诅咒高宗的传言，武则天当机立断派上官秋（骆达华 饰）和梅花内卫都领李青方（黄一晗 饰）协同狄仁杰查办此案。随着案件深入，流血人偶创造者白衣道士（周浩东 饰）、看守人偶的武皇后侄子贺兰敏之（张明明 饰）、玉面书生白崇文（于小彬 饰）等众多势力牵涉其中，神探狄仁杰逐层剥茧抽丝，发现看似已浮出水面的真像，却是蓄势着的更大阴谋，一系列祸端仅仅是个开始......

公元697年，大周皇帝武则天钦定八月十五在谷泉镇大坝附近的祭台举行祭鼎大典，以稳固皇权。 八月十二，谷泉大坝发生龙神诅咒事件，多人身体异变，被守护龙神宝藏的妖龙吞噬而亡。龙神诅咒事件不断发生，更为离奇的是，一直不相信龙神诅咒的水部员外郎王巍禾在上朝面圣时龙化并攻击皇帝武则天。 狄仁杰奉旨查案，发现死者都与谷泉大坝下的龙神宝藏有关，随着调查的深入，守护宝藏的妖龙、龙神显圣、避水丹等陆续浮出水面，他凭借一双慧眼和严密的推理，发现龙神诅咒背后隐藏着一场巨大阴谋。 祭鼎大典召开在即，狄仁杰只得拼死一搏捍卫皇城百姓，然而等待他的却是更加残酷的现实…… 维护皇权还是心系百姓？狄仁杰在两难抉择中艰难前行。

武则天借万象神宫落成之际，安排能工巧匠利用阳光折射的技巧，使得万象神宫的金顶凤凰变活，展翅飞翔，并且还引来万鸟朝凤的祥瑞奇观，引得百官惊呼武则天乃是天之神女，天命所归，而武则天便可以借此良机，顺利登基，岂料风云突变，天空出现天宫，并降下石头神将砸毁金顶凤凰，让祥瑞变凶兆，武则天大怒，再次急招狄仁杰回京彻查此案！狄仁杰再次临危受命，见招拆招，以其特有的智慧和创造力，破解了又一起奇案！

改编于民间传说故事，讲述了宁洲境内出现一起怪物作祟奇事，狄仁杰得知此事后，带着助手秘密调查，却发现了一桩不为人知的的贪污案件。

大唐年间，西都边境小城发生连环凶杀案，民众夜间看到神秘兵团运送财宝。武则天令狄仁杰前去探案，狄仁杰了解到见过神秘兵团的人接连丧命，就连现场尸首也呈现“沙化”现象。前来寻亲的少侠元思与调查案件陷入困境中的狄仁杰携手解密，在两人的共同努力下，一场颠覆大唐的阴谋逐渐浮出了水面。