影片用一封无法投递的信件串联起梵高在去世前最后六周里与他生命中最重要的三个人物之间的秘密，带观众穿越回十九世纪末的欧洲，并陪伴梵高走完他最后的人生。影片采用梵高原画作品中的人物原型还原梵高的艺术人生，让观众在享受美得令人窒息的视觉盛宴时，抽丝剥茧地发现隐藏了一个半世纪的秘密。

故事发生在2025年，因为和妻子张代晨（徐静蕾 饰）婚姻破裂，男主角江丰（黄渤 饰）走进记忆大师医疗中心接受手术，却不料手术失误记忆被错误重载，他莫名其妙变成了“杀人凶手”。警官沈汉强（段奕宏 饰）的穷追不舍让他逐渐发现，自己脑内的错误记忆不仅是破案的关键，更是救赎自己的唯一希望。与此同时，妻子身边出现的女人陈姗姗（杨子姗 饰）、记忆中浮现出的神秘女子（许玮甯 饰），似乎也和真相有着千丝万缕的联系，一场记忆烧脑战也随之开始。

重案组警察林薇（白百何 饰）的女儿突然失踪，唯一嫌疑人杨念（黄立行 饰）却在案发当夜横遭车祸并失去记忆。在追踪线索和回忆的逃亡路上，杨念不断遭人暗杀，一心找回女儿的林薇也不惜代价对他步步紧追，重案组组长陆然（明道 饰）在关键时刻对林薇施以援手。真相一层层剥开……

故事发生在1963年，时值冷战期间，哑女艾丽莎（莎莉·霍金斯 Sally Hawkins 饰）在政府实验室里工作，是那里的一名清洁女工。年幼时，一场大病夺走了艾丽莎的声音，之后一直至今，她都在沉默之中过着形单影只的生活，全部的朋友就只有画家老头（尼克·西塞 Nick S earcy 饰）和同事塞尔达（奥克塔维亚·斯宾瑟 Octavia Spencer 饰）。 一天，实验室里拉响了高度戒备的警报，一个神秘的装满了水的罐子被送了进来，艾丽莎震惊的发现，罐子里关着一个半人半鱼的怪异生物。在理查德（迈克尔·珊农 Michael Shannon 饰）的带领下，科学家团队想要在这怪物身上提炼出能够制造生物武器的物质，可是在艾丽莎眼中，它不过是一个和自己一样的孤独的生命体。随着时间的推移，艾尔莎和怪物之间竟然产生了感情。

罪恶丛生的哥谭市，疯狂的小丑（扎克·加利凡纳基斯 Zach Galifianakis 配音）带领恶棍军团展开新一波的犯罪活动。对他来说，犯罪以及引来宿敌蝙蝠侠（威尔·阿奈特 Will Arnett 配音）是无比快乐的事情，可是猛男蝙蝠侠不仅轻松解决掉这群小坏蛋，还根本不将小丑放在眼里。蝙蝠侠的无情言语，深深刺痛了小丑的心。在此之后，孤独的蝙蝠侠收养了罗宾（迈克尔·塞拉 Michael Cera 配音），看上了美丽的女警长芭芭拉，只不过他始终拒绝别人走入他的内心世界。 另一方面，自尊严重受挫的小丑从天空监狱找来了霸王龙、迅猛龙、索伦、伏地魔、金刚等史上著名的大坏蛋，他要狠狠地打击自高自大的蝙蝠侠……