唐高宗年间，阎立本偶遇狄仁杰（任嘉伦饰）蒙冤入狱事件，在助其自救后，发现他是断案奇才。适逢皇上派他去感业寺查案，遂决定带狄仁杰一同前往。在感业寺，狄仁杰侦破奇案，化解了一场佛门大劫，并与武媚娘结缘。狄仁杰一鸣惊人，被皇上派往并州，在此期间，他屡破奇案，被称为神判。

该剧主要讲述了唐朝时的大臣狄仁杰屡破命案的故事，包括《使团惊魂》、《蓝衫记》和《滴血雄鹰》三个小故事。

狄仁杰在大唐名侦探大赛上崭露头角，第一名侦探的名号本来非他莫属，不料却被内幕黑掉。更不幸的是，一位名叫白元芳的侦探爱好者非要缠上他，非要和他联手破解天下谜案。狄仁杰不得不与他组成“迪拜”组合，专破奇案怪案以赚钱糊口。一路破案的过程中，狄仁杰渐渐发现有巨大阴谋缠上了自己，一切的根源似乎直指皇宫……

公元653年永徽四年。唐高宗皇位未稳急于用泰山封禅彰显皇威。自认血统高贵的吴王李恪宋州秘建地宫中卧薪尝胆图谋夺回父皇原本留给他的皇位,朝堂之上暗潮涌动。高宗在打击后一蹶不振不理朝政。郦贵妃为了制衡在后宫日益壮大的势力，决定让唐高宗把身处在感业寺中的武媚娘接回宫中。

公元680年，唐高宗李治御驾亲赴泰山祭天，奉命先行前往山东泰安安排祭天事宜的太子李贤为一场阴谋所陷害，由此改变了自己的命运，也改写了大唐皇朝的历史……此一旷古冤案导致众多护卫被屈杀，太子李贤被废，当朝重臣郭湘成和张柬之以及数十名泰安府的官员也受到牵连。张柬之于危难之际，秘密致信还在老家休假的狄仁杰，指出泰安案件的实质是有人设计陷害李贤太子，企图谋篡储君之位……