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）。
为了拯救关门大吉的歌剧院，在歌剧院长大的女孩肯德尔让风尚合唱团的成员重新团聚，并且在她们最初的舞台上做一场圣诞表演。
拳击手肖首英因参赛失去患病妻子，承诺退出拳台并阻止儿子肖凯打拳，但肖凯天赋出众，偷偷参赛夺冠，最终解开父亲心结的故事。
1955年的智利，著名作家玛丽亚·卡罗琳娜·盖尔杀死了自己的情人。案件得到负责此案的法官秘书梅赛德斯的关注。在参观作家的公寓后，梅赛德斯开始质疑自己的生活、身份以及女性在社会中的角色，因为她在那所房子里找到了一片自由的绿洲。
