唐高宗年間，閻立本偶遇狄仁傑（任嘉倫 飾）蒙冤入獄事件，在助其自救後，發現他是斷案奇才。適逢皇上派他去感業寺查案，遂決定帶狄仁傑一同前往。在感業寺，狄仁傑偵破奇案，化解了一場佛門大劫，並與武媚娘結緣。狄仁傑一鳴驚人，被皇上派往并州，在此期間，他屢破奇案，被稱為神判。時有前朝鬼兵殺人事件，狄仁傑前去查看，發現與前朝寶藏及濮王李泰意圖造反有關，卻被毀滅證據，無法繼續。此時，發生武媚娘殺害親女，嫁禍王皇后之事，皇上召狄仁傑回長安調查。根據武媚娘提供的線索，狄仁傑破獲此案，並在李泰的住所找到前朝寶藏，成為濮王謀反的確實證據。而狄仁傑也知道此前破案過程中每遇瓶頸時為他解惑的人竟是武媚娘，只覺武媚娘深不可測，野心更是超乎自己的想像。果然不久，唐高宗因風疾發作，讓武媚娘一同上朝，合稱二聖臨朝。