影片围绕前特警队长东谷（安志杰 饰）的故事展开，歹徒袭击法庭，东谷在任务中罹患永久性失明，任务之后更是被胁迫承担失败责任。东谷在女儿的陪伴下逐渐走出阴霾并适应了自己失明的眼睛，曾经的宿敌再度出现，女儿陷入危险之中，东谷为救女儿，展开生死盲战。
1966年，从新加坡返回香港想忘掉过去的周慕云（梁朝伟 饰）住进东方酒店的、同他曾经熟悉的数字2046只差一号的2047号房，开始了他的卖文生涯。眼前、曾经在他身边出现过的一个个女人（章子怡、王菲、张曼玉、刘嘉玲等 饰）经过他大脑的过影后，令他对时空产生疑惑，不但忘不了过去，一幕幕往事反而更加挥之不去。 为了与过去作更好的告别，他将生活的点点滴滴化为文字，写下小说《2046》（说只要搭上了前往2046的列车，人们就可以找回失去的记忆）。
