1966 年，周慕云从新加坡回到香港，只想把过去彻底忘掉。他住进东方酒店 2047 号房，隔壁就是那个神秘的"2046"。在这里，他靠卖文为生，可脑海里那些女人的身影却怎么也挥之不去。章子怡、王菲、张曼玉、刘嘉玲，她们一个个走过他的记忆，让时空变得模糊不清。
为了跟过去好好告别，他把生活写成了小说《2046》。传说只要搭上那趟列车，就能找回失去的记忆。可故事里的人大多没能逃离：露露在车厢尽头被刺伤，白玲放下尊严乞求爱情，黑蜘蛛作为赌徒永远回不了头。就连爱上机械人的 Tak，也因对方的“听不见”而错失离开的机会。周慕云冷眼旁观这些挣扎，最终只把悲惨的结局送给了唯一真正离开的靖雯。
他爱过苏丽珍旗袍下的婀娜，也迷恋过黑蜘蛛手套里的神秘，可路灯下没人跟他走。唯独白玲愿意随他而去，他却偏偏不肯接受，甘愿做那个每次十块钱的情感嫖客。他羡慕别人的执着与痴迷，目送他们登上列车，自己却只能坐在原地，握着笔修改不了任何结局。
这部电影就像一场潮湿的梦，每个人都在寻找出口，却发现自己早已困在时间里。2046 不只是个房间或一趟列车，它是城市沦陷前最后一次出逃的幻想，也是所有人无法抵达的远方。
