圣历年间，武则天以其杰出的韬略和睿智把国家治理得有声有色、国泰民安。虽然朝中李、武两家争夺皇权的斗争依旧暗潮涌动，武则天临危不乱，泰然处之。可是一个突然出现的谋杀事件，却把久居皇宫的武则天引出京城遭遇了一次惊险离奇的经历，也使得早已悬印归家的狄仁杰不得不重陷你争我夺的官场斗争。一天夜里，多年服伺武则天的贴身宫女阿香突然刺杀女皇，未遂被杀，但心有余悸的武则天却不相信阿香是真正的兇手，她连夜颁旨让大理寺迅速查清妄想谋杀她的真正元兇。谁知，查案还刚刚开始，御医徐大夫却吊死在自己的房中，阿香的尸体也不翼而飞。武则天深感事态严重，马上手书两道圣旨，急诏狄仁杰回宫解难。

辞官回乡的狄仁杰正和手下乔泰、马荣忙着为多年的随从陶甘举办喜事，太原知府计中来到狄村，证明陶甘和马荣是杀死了京城派来信使的兇手。武则天得不到狄仁杰讯息十分忧虑，藉口有病需要静养，把皇权暂交儿子李哲与侄子武三思，带着上官婉儿和男宠张昌宗，出京寻找狄仁杰。逃过一路追杀，武则天曆尽艰辛终于来到狄村，却被计中告知想要谋害她的人就是眼前回家闲居的狄仁杰。

深深了解狄仁杰的武则天看出这是有人设下的圈套。狄府中，女皇与狄仁杰彻夜长谈，两人都感到了案件的背后隐藏着一个阴险的人物。面对危难，狄仁杰接受武则天的任命追查兇手。第二天，在为武则天接风的酒宴上，忠厚老实的乔泰突然发疯，武则天险些在混乱中丧命。透过血雨腥风的厮杀中，狄仁杰终于发现陶甘的新娘-东方雨竟是对手派来的杀手。面对错综複杂的连环案，狄仁杰巧设妙计引出了设计谋杀的元兇--太原知府计中。狄仁杰在审问计中时又发现新的疑点，而自傲的武则天却执意要立斩计中，即刻返回京城。狄仁杰在不能惊动官方的情况下，只好组织村民护着女皇启程回京，谁知半路武则天与婉儿被劫，狄仁杰护驾受伤。武则天受害的讯息传到京城，朝廷一片混乱。张昌宗带着圣旨回到京城，要太子让权武三思；而上官婉儿也出现在太子府里，亲口指出张昌宗假传圣旨，与武三思勾结有谋反之心。张柬之拥兵京城要替百姓维护李家天下。太平公主几进太子府逼迫软弱的哥哥让权于她。正当各路人马张弓拔弩之时，信使送来武则天圣旨，原来遇难王村的武则天已经被狄仁杰救出回到京城。饱经磨难的武则天皇威依旧，她不动声色地收回皇权并吩咐所有人马回宫听旨，因为狄仁杰已经查出这次谋杀案真正的指使者。

大殿上，狄仁杰唇枪舌剑推理论证、点破玄机、拔开疑云指出了一个令人瞠舌的大人物。

一段三个年轻人之间的爱情故事，一件深埋在长城中带血的案件揭开了。一个风雨交加的夜晚，一声巨响，一段边关的长城倒塌了，顿时，沙石四起一片混乱。与此，西域的三千兵马趁乱进涌入大周，修筑长城的民工乱作一团，因父亲被奸人所害而发配到这里来当苦工的李玉良却被围在西域兵马中。边关将军武官龙闻讯赶到这里，发现李玉良骑在西域人的马上。

武则天大怒，下令带疑犯李玉良回京。工部侍郎潘有利奉旨查办此事，却收到了一神秘人送来的举报信。胆小的他，烧毁了那封带血的书信。武官龙押送李玉良回京时，遇到了打抱不平自称为“天山侠客”的女伴男装的潘玉，春香为了保护小姐，说出了她的真实身份，惊呆了的武官龙，想不到在他面前那个不讲理的女子，竟是武皇为自己指婚的未婚妻。而潘玉也从匡连海那里知道了武官龙就是自己的未婚夫。而此时回京的狄仁杰也遇到了被押解进京的李玉良，询问中他感到李玉良的案件有蹊跷，便派陶甘、马荣暗中跟随。果真，当晚客栈出现黑衣人，而李玉良也在众人的眼皮下被人救走，当陶甘与黑衣人打斗时，发现此人竟是潘玉。潘玉的父亲潘有利正为此事为难时，武三思出面调解了此事，但希望潘玉与武官龙儘快成亲。边关元帅告诉狄仁杰，当日出现在长城边上的西域军队并不是真正的西域人，元帅的一番话，使狄仁杰陷入迷茫。原本不愿意嫁给武官龙的潘玉改变了主意，她的决定惊呆了匡连海。为了摆脱潘玉放走李玉良的干係，匡连海找到了百灵大师和一些神秘人，希望众人提供李玉良的音讯。

就在成亲那天，不知从哪里飞出几名身着黑衣的男子，捅伤了家人带走了潘玉，武三思等人接到讯息后都大为震惊，可是狄仁杰察看了现场，却发现了一些奇怪的现象，狄仁杰认为潘玉的被劫事件，是潘玉自己所为，一旦传开，那她就犯有欺君之罪。他命陶甘速将潘玉找回。而这时的潘玉却被救李玉良的神秘疯老头所获，此人自称为“万岁爷”武功高强。生性善良的李玉良，不让神秘老头伤害潘玉。疯老头见到潘玉后要将她杀死，灵精的潘玉告诉他，只有她活着李玉良才能安然无恙。潘玉的行为激怒了女皇，她命潘有利火速将那个不知天高地厚的丫头找回来，听说这一切的武三思，却意外得知潘玉竟是狄仁杰二十年前丢失的女儿，潘有利得知这个讯息后，他找到狄仁杰想问个清楚谁知。潘有利找来春香让她将亲笔写给女儿的信交给潘玉。没想到，春香刚一出城，便遇到了劫匪。在疯老头那里潘玉知道了李玉良是忠臣之后，是一个善良的人。而李玉良也在不知不觉中爱上了潘玉，她决定给李玉良化装成一个丑丫头，回京城找自己的父亲为李玉良伸冤。幸得匡连海所救的春香在匡连海的照顾下，身体渐渐好转，而她也爱上了匡连海无法自拔。匡连海却利用春香的信任偷偷的换取了潘有利写给女儿的信，交到了一个名叫刘正彪的手中，这个人又将信交给了武三思的家人。

京城，狄仁杰感觉潘有利一定有什幺没有告诉自己，他找到了潘有利却看到了奇怪的表现，哪知第二天，潘府就传出了震惊人的讯息——潘有利死了。就在狄仁杰迷失了方向时，一个了不起的人物太平公主终于开始行动了。回京伸冤的李玉良和潘玉碰上寻找潘玉的陶甘、马荣。潘玉努力不让他们看出身边的丑丫头就是李玉良，多年在狄仁杰身边的陶甘与马荣很快识破了潘玉这点小聪明。谈笑中潘玉被说的招架不住了，她只得承认。正在这时，潘玉却知道了潘有利去世的讯息。独自赶回了京城。在边关，武官龙由于一次又一次被潘玉欺骗，变的每日靠酒度日，这时他认识了小林子的妹妹云里花，武官龙找到云里花所在的妓院为她赎身，两人的感情在微妙中慢慢的转变着。

潘玉的毒就快复发了，为了取得解药，李玉良让匡连海假装绑架他，以他作为人质与鬼狐狸换出解药。谁知，陶甘带领官兵赶到捉拿鬼狐狸时，却抓到了李玉良，潘玉与鬼狐狸到大牢中救李玉良，却被狄仁杰早看穿了他们的计谋，命陶甘与马荣在那里等他们来。潘玉没有想到，李玉良没有救成，还被李玉良误认为出卖了他。春香一心爱着匡连海，可她感到匡连海有很多她无法解释的疑问，她决心离开这个事非的地方，当临别她来到了老爷的墓前，却没料到一又沾着血的大手从背后抓住了她。武三思知道了武官龙查到了黄胜贤的头上，可能会对他们不利，他是自己的侄子，一时之间没有了对策；逃跑的李玉良掉入山崖后， 被一户农家人所救，并结识了聪明可爱的石头姑娘。马荣化名为金三在边关查案，从工头张武的话中听出人们对武官龙的不满，马荣在与张武取证的地方，却发现张武已经死了，潘玉与匡连海认出了化名为金三的马荣，便一口咬定杀人的兇手就是马荣，而武官龙并不相信他们的话。

李玉良向潘玉说明真相，哪知潘玉并不相信匡连海是坏人。为了证明自己没错，李玉良找到了石头，可是，石头也一下子像变了个人一样，说并不知匡连海的事情。一气之下，潘玉与李玉良绝交，而李玉良却发誓要将匡连海的罪行公布于天下。正当他们各行其是时，张柬之为狄仁杰带来了有关李玉良的最新讯息。云里花进宫，洗浴更衣后来到大牢，见到了武官龙，二人却莫名其妙的死了。武官龙的死又一次的将案子推向高潮。就在潘玉为武官龙伤心时，一个陌生的老大娘找到了她。一向精明的潘玉，却想不出她爱了这幺深的匡连海，于是一场更精彩的猎人与狐狸的较量才正式展开。

该剧讲述的是狄仁杰在一连串的政治斗争中，为使政权稳定而不惜冒各种风险，去与一个个躲藏在暗中的对手进行斗争的故事，展示了狄仁杰这个历史人物的精神内涵和杰出的思辨决断能力，也展现了那个时代的宫廷风云和市井生活。（新浪评）

该剧案情複杂，推理严谨，并且融入了不少中西方侦破片的特点，在惊、奇、疑、智4个字上做足了文章。全剧文武兼备，有张有弛。文戏热闹，有情有意；武戏好看，惊险别致。全剧节奏明快，在叙事手法上力求融入现代影视观赏意识，更加迎合现代观众的欣赏习惯。（人民网评）

与以往的“武则天”相比，王姬的表演真实、贴切，既有王者风範，又不乏女性的温存妩媚。（南方网评）

该剧的剧情拖沓，节奏缓慢，对白不精炼，废话很多，给人故意拖长的感觉。作为古装公案侦探片，应该悬念迭起，节奏紧凑，矛盾冲突尖锐激烈。但该剧不但矛盾不够激烈，而且很多情节完全可以删除。扮演狄仁杰的台湾演员寇世勛和扮演武则天的王姬的不俗演技，也因为剧情节奏缓慢而受到牵连。（新浪评）

寇世勛扮演的狄仁杰和王姬扮演的武则天，算得上“王牌对王牌”的演出阵容，但剧情还是显得太落俗套，《京都疑云》中狄仁杰身边有两个护卫陶甘、马荣，不但武艺了得，就是脸面也生得英俊，颇有观众缘，所以导演很“顺理成章”地往两人身边安了两个红颜知己东方雨和绯红，并且美貌柔情。类似的情节还有《风摧边关》中武官龙与青楼女子云里花等等，这些现代言情剧必不可缺的要素纷纷在《狄仁杰》中出现。（新浪评）