这不是西游记的任何章节，这是悟空的故事，彼时孙悟空（彭于晏 饰）还不是震撼天地的齐天大圣，他只是只桀傲不驯的猴子。天庭毁掉他的花果山以掌控众生命运，他便决心跟天庭对抗，毁掉一切戒律。在天庭，孙悟空遇到不能爱的阿紫（倪妮 饰），一生的宿敌杨戬（余文乐 饰），和思念昔日爱人的天蓬（欧豪 饰），他们的身份注定永生相杀，但其实不甘命运摆布的又何止孙悟空一人？却没想到反抗却带来更大的浩劫。他们所做的一切，究竟是不知天高地厚的热血轻狂，还是无奈宿命难改的压抑绝望？难道命运真的早已注定？悟空不服，他再次挥动金箍棒，要让这诸佛都烟消云散！

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。

家喻户晓的神话人物孙悟空将会在这一部动画系列剧中化身为“齐小天”，一个着迷于《西游记》古老传说的少年，他梦想着能成为和孙悟空一样伟大的神话英雄。一个偶然的机会，他在山顶发现了金箍棒——很久以前，为了将牛魔王永久封禁在山中，孙悟空曾把它插在山顶作为封印。由于金箍棒被拔出而封印解除，牛魔王得以重返人间作恶，而齐小天必须踏上一段充满艰难险阻的征程，在与恶魔的战斗中重新塑造自我，成为新一代神话英雄。

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。

很久很久以前，齐天大圣孙悟空统治并保卫著这个世界，直到一日牛魔王来袭并试图摧毁一切阻挡它的事物。孙悟空使用金箍棒将牛魔王封印于山中后便乘着斤斗云消失，不见踪影，而世界从此太平至今，并逐渐发展成一座现代化的都市“万千城”。五百年后，一位平凡的面店外送员齐小天找到了被遗忘已久的金箍棒，成为天选之人，一个全新的传奇就此诞生。