唐僧师徒行至狮驼岭，遇到被妖怪所抓的狮驼族村民。悟空营救其族人时被妖怪识破。悟空八戒各自为战，大意轻敌，众人中计，三大王凭三大法器大败悟空，放出话说唐僧已被生食。失魂落魄的悟空寻佛祖相助，懂得了孤雁难飞，需要团结协作的道理。三兄弟合力，并幸得菩萨相助，最终解救剩余百姓，师徒四人继续西行，合作无间。

影片讲述了师徒四人在西行的路上，白骨精（巩俐 饰）为夺唐僧（冯绍峰 饰）而巧设圈套，被孙悟空（郭富城 饰）识破，屡次受挫。唐僧却误会孙悟空滥杀无辜，将其逐出师门。白骨精趁虚而入，掳走唐僧。悟空闻讯前往营救，彻底击溃白骨精。师徒冰释前嫌，重新上路。

千年之后的今天，唐僧师徒接到佛祖的旨意，去寻找十块宝石，以此来打开一本神秘的宝典。师徒四人经历了千难万险，终于完成了这项任务。期间，他们认识了一位机器人朋友——布鲁。这个一心想变成小男孩的高智能机器人，在协助唐僧师徒完成寻宝任务之后，再次回到了机械大师的研究室。机械大师费尽心思完成布鲁想变成小男孩的愿望，却因为资金短缺，让布鲁愿望破灭了。但是机械大师却指引布鲁走上了另外一条变成真正小男孩的成...

唐僧、孙悟空、朱八戒、沙僧师徒四人行至盘丝山，偶遇被捕兽夹夹伤的蜘蛛精小七并将其送至家中。孙悟空火眼金睛，见小七的母亲及众仆人是妖精所变遂下手除妖，但唐僧误以为悟空滥杀无辜，师徒二人就此决裂。没有孙悟空保护的唐僧和悟净被众蜘蛛精抓至盘丝洞，幸得本性善良的蜘蛛精小七所救，不料危后突然出现，大战一触即发。危急时刻孙悟空赶来加入战斗，众人合力压制住了危后。师徒四人坚定不移地继续踏上取经之路……

花果山的两只灵猴亲如兄弟，六耳偶遇龙如意，并得到一串佛珠。两人为了寻求保护花果山之法不惜长途跋涉，终于来到天柱，不慎跌落时被龙如意救下，龙如意错把猴吉当六耳，萌发了爱情。妒火中烧的六耳被蛇妖引诱，杀死老猴，兄弟反目。在混战中，蛇妖舍身救下六耳。天庭惩罚不守天规，扰乱秩序的小龙女将其化作定海神针。猴吉在菩萨教诲下抹去记忆，保护唐僧西天取经，被师父赶走之时，六耳趁虚而入，从而引发了从地上到天宫的真假之辨。