狄仁杰在大唐名侦探大赛上崭露头角，第一名侦探的名号本来非他莫属，不料却被内幕黑掉。更不幸的是，一位名叫白元芳的侦探爱好者非要缠上他，非要和他联手破解天下谜案。狄仁杰不得不与他组成“迪拜”组合，专破奇案怪案以赚钱糊口。一路破案的过程中，狄仁杰渐渐发现有巨大阴谋缠上了自己，一切的根源似乎直指皇宫……

公元653年永徽四年。唐高宗皇位未稳急于用泰山封禅彰显皇威。自认血统高贵的吴王李恪宋州秘建地宫中卧薪尝胆图谋夺回父皇原本留给他的皇位,朝堂之上暗潮涌动。高宗在打击后一蹶不振不理朝政。郦贵妃为了制衡在后宫日益壮大的势力，决定让唐高宗把身处在感业寺中的武媚娘接回宫中。

“神探狄仁杰系列”前三部口碑斐然，其悬念丛生、丝丝入扣的断案风格深受观众喜爱。《神断狄仁杰》虽然片名较前三部有所改动，但创作班底和主演仍由原班人马担当，继续延续钱雁秋、梁冠华、张子健三个男人的铁三角组合：钱雁秋担任编剧和导演，梁冠华依旧扮演狄仁杰，张子健扮演李元芳。不过跟随在梁冠华旁边的女助手换成了新面孔。剧情上，第四部延续了前三部的风格，共分为《银车奇案》《雪域天火》和《绝域迷情》三个故事，案情更加复杂离奇、惊险刺激，并通过对大漠戈壁和突勒王国异域风情的展示，将该系列神秘的色彩发挥到极致。据悉，《神断狄仁杰》中的爱情戏份大大增加了，“狄大人”除了睿智神勇的精彩表现外，还会与帮助他断案的钟五娘产生一丝暧昧的感情纠葛。

初到长安赴任的狄仁杰就在繁华街头目睹了一桩奇事：一只浑身燃烧着幽火的麒麟，大闹上元节灯市，伤人无算。狄仁杰救下孩童，与不良帅林木森联手追击火麒麟，却让火麒麟逃脱。天后武则天震怒，命大理寺卿薛鑫查清此案。因种种误会，狄仁杰和薛鑫之女薛安安成了欢喜冤家，两人却又不得不联手查办火麒麟一案。狄仁杰因在当日灯市现场发现了一支珍奇发簪，将线索引向了齐王府，更是牵扯出小王爷李畀和青楼舞姬慕容灵的爱情故事。随着调查的深入，狄仁杰发现案情愈发显得扑朔迷离，西域吐火罗的秘术，十年前的灭门之祸……

唐高宗年间，阎立本偶遇狄仁杰（任嘉伦饰）蒙冤入狱事件，在助其自救后，发现他是断案奇才。适逢皇上派他去感业寺查案，遂决定带狄仁杰一同前往。在感业寺，狄仁杰侦破奇案，化解了一场佛门大劫，并与武媚娘结缘。狄仁杰一鸣惊人，被皇上派往并州，在此期间，他屡破奇案，被称为神判。