公元690年，經過八年苦心經營，武則天（劉嘉玲 飾）即將登基成為中國史上第一位女皇帝。隨着高達六十六丈象徵至高皇權的「通天浮屠」漸近完工，武則天的登基登基大典也已就緒，路人皆知「浮屠落成之日，女皇登基之時」。不料，匪夷所思的命案竟接連在洛陽城內發生，死者無故自燃，都在胸腹間起火，延及全身，宛若炮烙般被燒成灰燼，未燒盡的部分也焦黑如殘枝廢炭…

武則天深知只有找出兇手才能安定人心，經過國師陸離的指點，武則天派貼身女官上官靜兒（李冰冰 飾）將身受禁錮的狄仁傑（劉德華 飾）召回，協同大理寺少卿裴東來（鄧超 飾）徹查焚屍案。狄仁傑查案的過程中，發現此案案情盤根錯節，不但迷霧重重，而且殺機處處。有太多人不願他找出真相，太多人想除他而後快。狄仁傑深入地下鬼市查訪，殺機卻也如影隨形。他要如何憑藉勇氣和智慧，將罪大惡極的兇手繩之以法呢？