唐高宗末年，高宗（盛鉴饰）与武则天（刘嘉玲饰）力排众议出兵攻打敌国，岂料舰队出海遭遇事故损失惨重。年少的狄仁杰（赵又廷饰）初到神都洛阳便卷入掳掠银睿姬（杨颖饰）一案，几经破折解救睿姬并获得大理寺卿尉迟真金（冯绍峰饰）信任，携尉迟与沙陀忠（林更新饰）一同查办“龙王案”，而睿姬昔日情郎元镇（金范饰）则成为破案关键。与此同时，神秘人、巨型海怪以及有关皇族的安危的阴谋接连而至，神都洛阳城陷入一片危机四伏之中。