唐高宗年间，工部尚书阎立本偶遇蒙冤入狱的少年狄仁杰（任嘉伦 饰）。在助其洗脱罪名后，阎立本惊觉此人竟是不可多得的断案奇才。适逢皇帝下旨命其前往感业寺查案，阎立本遂决定带狄仁杰一同前往。在感业寺内，狄仁杰初露锋芒，成功侦破离奇悬案，化解了一场佛门大劫，并在机缘巧合下与武媚娘结识。经此一役，狄仁杰一鸣惊人，获皇帝赏识并被委派至并州。任职期间，他屡破奇案，被百姓誉为“神判”。彼时坊间频发前朝鬼兵杀人事件，狄仁杰深入调查，发觉此事竟与前朝宝藏及濮王李泰意图谋反有关，却无奈关键证据被毁，追查只得中止。与此同时，后宫突生波澜，传出武媚娘扼杀亲女以嫁祸王皇后之事，皇帝急召狄仁杰回长安彻查。依据武媚娘暗中提供的线索，狄仁杰顺利破获此案，更在李泰住所搜出前朝宝藏，坐实了濮王谋反之罪。至此狄仁杰方才恍然大悟，此前断案每逢瓶颈，为他指点迷津的神秘人竟都是武媚娘。他深感此女深不可测，其勃勃野心更是超乎想象。果不其然，不久之后唐高宗因风疾发作难以理政，遂允武媚娘一同上朝理政，史称“二圣临朝”。面对深不可测的武媚娘，狄仁杰的命运又将卷入怎样的惊涛骇浪之中？