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）。
在社交网络上伪装女性，用话术诱骗无亲无故的男性套取个人信息，从事户籍买卖的拓也（北村匠海 饰）和守（林裕太 饰），自幼在恶劣环境中长大，不知不觉已成为黑道组织的爪牙。尽管涉足灰色产业，这两个时常插科打诨的年轻人，本质上只是普通的都市青年，彼此相依为命。当拓也在黑道引路人、犹如兄长般存在的梶谷（绫野刚 饰）的协助下，决心与守一同逃离这个黑暗世界时，等待他们的却是......
