故事发生在2025年,因为和妻子张代晨(徐静蕾 饰)婚姻破裂,男主角江丰(黄渤 饰)走进记忆大师医疗中心接受手术,却不料手术失误记忆被错误重载,他莫名其妙变成了“杀人凶手”。警官沈汉强(段奕宏 饰)的穷追不舍让他逐渐发现,自己脑内的错误记忆不仅是破案的关键,更是救赎自己的唯一希望。与此同时,妻子身边出现的女人陈姗姗(杨子姗 饰)、记忆中浮现出的神秘女子(许玮甯 饰),似乎也和真相有着千丝万缕的联系,一场记忆烧脑战也随之开始。
1940年,日军华北五省特务机关长吉川贞佐就任,加强对占领区军统及地下党情报作战,成为国共双方的重大威胁。党组织指示除奸队长陈宽与军统豫站站长叶子方联手行动,打入日军特务机关总部,近距离刺杀了吉川。
开片是说书人因聚众滋事,被警察(黄霑 饰)带到了警局问话,借说书人之口讲述了粤剧金牌编剧——南海十三郎艺海浮沉的一生。作为江太史公的十三子,江誉镠(谢君豪 饰)自由顽皮,出入名流场所。一次偶然的舞会,他遇到了上海的千金小姐莉莉(吴绮莉 饰),然而双方有缘相逢,无 份结亲。后来,他跟随她来到上海,竟落得穷困潦倒。 2年后,回到了广东的家中,他已被学校除名。当时太史公已经年事已高,他便天天去看戏,从不受戏班老板薛老五赏识,到后来成为御用编剧一鸣惊人,人送绰号——南海十三郎。然而,时局动荡,他到了江西写剧本慰劳前线战士,因看不过同行媚俗之作,愤然出手,不欢而散。这时一次车祸,让他与昔日恋人重逢,可惜她已嫁给老外。十三郎郁郁寡欢,后来入寺修行,却在一次代人祈福的对话中,得知了自己家道中落的败局,他疯了……