唐高宗年间，宰相阎立本偶遇蒙冤入狱的狄仁杰（任嘉伦 饰），出手助其自救后，慧眼识珠发觉他实乃断案奇才。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，狄仁杰成功侦破离奇悬案，化解了一场险些降临的佛门大劫，并在此与武媚娘初结渊源。自此一鸣惊人后，狄仁杰被皇上擢升派往并州。在此期间，他屡破诸般奇案，声名鹊起，被百姓尊称为神判。彼时坊间频发前朝鬼兵杀人事件，狄仁杰亲往勘察，惊觉此事竟与前朝宝藏及濮王李泰意图谋反密切相关，却遭暗中势力毁灭证据，致使调查被迫中断。此时，后宫突发武媚娘扼杀亲女、嫁祸王皇后的惊天疑案，皇上急召狄仁杰回长安彻查。根据武媚娘暗中提供的线索，狄仁杰抽丝剥茧破获此案，并在李泰的住所搜出前朝宝藏，由此掌握了濮王谋反的铁证。真相大白之际，狄仁杰亦恍然大悟：此前每逢破案陷入瓶颈时，那个在暗中为其指点迷津的神秘人竟是武媚娘。他只觉这位女子城府深不可测，其政治野心更是远超自己的想象。果然未几，唐高宗因风疾发作难以理政，遂允准武媚娘一同上朝理政，史称“二圣临朝”。