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）。

生命垂危的黑帮人叻君讲述了他被出卖被背叛的一生：曾经天真的他被骗入黑社会，投身于无良黑帮大佬的门下，被朋友出卖，惹来了不少麻烦。叻君终于弃暗投明，来到大佬天生的帮派中间，却还是被朋友、情人相继背叛。

一间于大澳的度假屋，住了不少年轻人，当中有小说家、悠手好闲的小混混、问题少女以及漂亮空姐等等，可谓是鱼龙混杂。一日，一男子因为贪恋空姐的美色，从九龙追踪空姐到了大澳的度假屋并且暂时居住了下来。可是该男子除了拍照上网传照片以外，整日无所事事，于是出于好奇他在度假屋内装满了针孔摄像机用于偷拍，因此他知道了居住在这里很多人的秘密。直到有一天，他透过摄像机目睹了邻居问题少女亲手杀死了自己的父亲以及之后发生的许多怪事，他才感到害怕，并想要逃离这里……