《狄仁杰之焚天异火》选取了狄仁杰探案经历中最具有特色的篇章之一，截取了公元696年狄仁杰奉旨任魏州刺史的时间点，由蛮族大军攻城背景下的一起离奇死亡案而铺陈开来。

唐朝麟德年间，唐高宗与武则天强硬派出大军远征，谁知舰队在大海中遇袭，遭到重挫。该事件震惊洛阳，都城百姓狂热祭拜龙王，缭乱众生的“花魁”银睿姬更惹来各方势力觊觎。狄仁杰奉武后之命调查龙王一案，偏巧卷入绑架银睿姬的案件之中。…

蓬莱县几任县令离奇死亡，狄仁杰奉命查勘此案，刚刚到达命案再次发生。蒙面刺客刺杀狄仁杰，县尉武勇的离奇救援，使得狄仁杰发现县丞的可疑。然而县丞却突然死在家里，线索指向迷雾森林。追到迷雾森林里，却造埋伏，幸得铁手相救。沿着县…

武周年间，帝京长安接连发生了几起离奇死亡案件。因为死因不明，忠烈祠飞天壁画杀人的谣言愈演愈烈。百姓纷纷认为是天降不祥，人心惶惶。在地方屡破奇案的狄仁杰和神武军都尉谢瑶环奉命一起调查此案，最终不仅破除了谣言，抓住了真凶，还…

讲述的是祈福仪式之时，天空现一巨型飞头，一时间人心惶惶。狄仁杰与赫连休屠联手查案，几番周折，狄仁杰等人来到神秘的北冥幽都，众人遭遇伏击险些丧命。回到洛阳后，天生异象，危机四伏，狄仁杰临危不惧，终查出幕后凶手。

并州发生鼠患，监狱坍塌，狄仁杰临危受命。大量村民因为鼠患而染病，被困城中。狄仁杰为了挽救全城百姓的性命，追查病源，然而随着调查的深入，原来鼠灾背后竟然还隐藏着一个巨大的阴谋。

影片讲述了一个离奇的“弑夫”案，大婚当日，新娘婚房内连杀四人后大喊着“不是我”冲出房间，接着举刀剖腹自尽。作案过程都被宾客们看在眼里，但他们却不约而同地将矛头指向了一个身形柔弱的少女，直指她才是幕后真凶。就连少女本人也自…

本片讲述了狄仁杰在一片乱局一种受命调查通天教主奇案，一路上历经艰险，凭借聪明才智破解了真相，救出了被绑架的武则天，并拆穿通天教主的真身，挽留了国家于为难的故事。