1966年，从新加坡返回香港想忘掉过去的周慕云（梁朝伟）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）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）。

剧情描述赌王被左颂星大胜之后，伙同众多与他一样具有特异功能的大师再与左决战，他们为求胜利，不顾一切地发功，不料影响了地球的磁场，于是他们回到了年的上海。当时正值丁力和川岛芳子等在争夺地盘，星仔帮助了丁力，但却喜爱上了他的女友……

1864年，清同治3年，慈禧太后借助外势力镇压了太平天国运动后，借安德海之手敲诈了曾国藩3000两银子。同治帝对宫女桂莲一见倾心。安德海有心染指桂莲，告知慈禧。桂莲宁死不从，被卖到天桥妓院。同治心怀不满，私访天桥妓院，并借安德海南下之机，传旨山东巡抚丁宝桢将其就地正法。慈禧与同治嫌隙渐深。同治染梅毒，慈禧不准皇后生育，同治含恨而死。不久，皇后自尽，慈安也神秘

影片讲述了师徒四人在西行的路上，白骨精（巩俐 饰）为夺唐僧（冯绍峰 饰）而巧设圈套，被孙悟空（郭富城 饰）识破，屡次受挫。唐僧却误会孙悟空滥杀无辜，将其逐出师门。白骨精趁虚而入，掳走唐僧。悟空闻讯前往营救，彻底击溃白骨精。师徒冰释前嫌，重新上路。

公元前二百多年，秦始皇暴虐无道，民不聊生。方士徐福骗得始皇信任，征召众多童男童女东渡蓬莱寻取长生仙药。曾因搭救秦始皇而被封官赐剑的郎中令蒙天放与应征少女韩冬儿一见钟情，偷尝禁果，以欺君之罪被赐死。行刑前，冬儿暗将徐福炼就的长生不老金丹送入蒙天放口中，自己投身窑炉，殉情而死。蒙天放则被泥封为俑，置于皇陵。20世纪30年代，冬儿转世成为三流影星朱莉莉。剧组前往秦始皇陵附近拍摄电影。莉莉发现自己暗恋的大明星白云飞盗掘皇陵的勾当。白云飞为杀人灭口，驾机携莉莉飞入空中。莉莉误将仪表盘打破，随机栽入秦始皇陵，使沉睡地下两千年的蒙天放得以复苏，并与闯入墓中的白云飞等盗墓贼展开搏斗……

　　1966年，周慕云从新加坡回到香港，在偶然的机缘下住进2047号房，开始卖文生涯。有时他彷佛完全忘掉了过去，但有时，他彷佛只是在欺骗自己，偶尔遇上某人、某事，往事复又在他心底骚动。他遇上不同的女人──新加坡的职业赌徒苏丽珍、在夜总会重逢的露露、住在2046号房的白玲、公寓老板的女儿王小姐。他们都不单只是擦身而过而已…在彼此内心短暂驻足后,他反而对过去更加历历在目,更加挥之不去。　　于是他在一个小说里写下2046,这个属于未来世界的地方，将生活点点滴滴化为文字，将对往昔的悼念，化为对未来的憧憬。他写下一个日本青年和一个机械人相恋的故事，写下一列神秘火车，定期开往一个可以找回失落记忆的地……