在城市的破败角落，脑顶光秃秃的重案组老警察入职三十年，虽然破了许多大案要案，满身都是伤痕弹孔，但是他的家庭情况却一团糟。老婆和他离婚，儿子嫌他臭。与老警察相对，青年私家侦探波比（黄磊 配音）如日中天，扶摇直上，FBI请他讲课，相关动画片热播，波比俨然成为福尔摩斯一般的存在。在某起密室杀人案后，老警察不得已请来波比调查。波比为什么会这么厉害，这一切似乎都与他的妈妈麦太（吴君如 配音）有关。在崇拜他的小孩子们的追问下，波比的思绪回到孩童时代，麦兜（张正中 配音）和妈妈共处的那个快乐无忧的童年，一切美好都早已注定……

1947年，中国宁夏。中国两千年前的始皇帝：龙帝之墓在此挖掘出土。同时在美国，大探险家欧康诺（Brendan Fraser饰）与夫人伊芙琳（Maria Bello饰）应邀，将传说中能带来永生的宝石“香格里拉之眼”送往中国，以示中美两国人民友谊长存。不料，国民党军官（黄秋生饰）却和博物馆馆长勾结，当场抢走香格里拉之眼，继而唤醒了两千年前的邪恶力量——龙帝（李连杰饰），此时的龙帝不仅可以借助五行之力施暴，还可以变身为各种怪物涂炭天下生灵。欧康诺一家奋力与龙帝和他身后庞大的兵马俑队伍展开战斗，千年圣女紫媛（杨紫琼饰）与其女林娜（梁洛施饰）也入盟此支神圣的队伍，以期消灭龙帝，还世界以和平。