东汉末年乱世中，刘备的两位夫人、以及一位未过门的小妾绮兰（孙俪饰）受困曹营，关云长（甄子丹饰）为存忠义投降曹操（姜文饰），但始终不能原谅曹操操控汉室的狼子野心，希望能够重回刘备身边。曹操倾慕关羽之将才以及仁者之心，试图用天下苍生之利益说服后者。适逢袁绍起兵伐曹，关云长于阵斩杀颜良，获封汉寿亭侯，并与张辽（邵兵饰）结下同袍之谊。曹操将两位刘夫人遣返后，在关云长酒中加入春药，欲使其与绮兰发生不义关系——关云长昔日对同乡绮兰暗怀情意，甚至曾经不惜为她杀死官兵，这段感情终究被叔嫂之礼阻断，清醒过来的关云长携绮兰投奔刘备，沿路冲破重重关卡，留下“过五关斩六将”的千古传奇。

关羽连毙曹操大将，可是，威武的背后，饱受感情折磨！与此同时，曹营里的众将因曹操对关羽一再容让，军心动摇。曹操为稳定军心，而亲自出征，誓要将关羽擒拿。几经艰苦，终于来到黄河渡口，平静河边已布下曹军亲兵的十面埋伏。生死关头，死敌曹操竟一再以礼相待；忠义如关羽亦不禁动摇。身旁的绮兰苦苦相谏，关云长必须在‘情’、‘义’之间作出抉择。

曹操以诸侯之礼将关羽首级安葬洛阳，以图挑起吴蜀之争。东吴孙权也以诸侯之礼安葬关羽身躯安建庙宇，以图平息风波。最终蜀吴之盟破裂，刘备挥军东吴，起兵前大祭关羽，并建关羽祠于玉泉山。

电影截取脍炙人口的“千里走单骑”一段故事，其中又以“身在曹营心在汉”和“过五关斩六将”彰显文武戏份的张力。一向以剧本见长的麦兆辉和庄文强也是有意加强影片的文戏，打破重武轻文的惯例，拒绝将《关云长》变成一部“四肢发达、头脑简单”的纯古装动作片，定位“英雄史诗”，实际上则是展示英雄与枭雄的“双雄争霸”。而担任动作指导的甄子丹有意将一柄青龙偃月刀打造成影片的另一主角，在他休息的房间里放了一把关刀，日夜不离其身，藉此找寻灵感，全片的重头动作戏有四五场之多，马战、水战、巷战、室内战，每一场的表现力都全然不同，颇有“刀在手，跟我走”舍我其谁的气势。