1966年，從新加坡返回香港想忘掉過去的周慕云（梁朝偉飾）住進東方酒店的、同他曾經熟悉的數字2046只差一號的2047號房，開始了他的賣文生涯。眼前、曾經在他身邊出現過的一個個女人（章子怡、王菲、張曼玉、劉嘉玲等飾）經過他大腦的過影后，令他對時空產生疑惑，不但忘不了過去，一幕幕往事反而更加揮之不去。為了與過去作更好的告別，他將生活的點點滴滴化為文字，寫下小說《2046》（說只要搭上了前往2046的列車，人們就可以找回失去的記憶）。