性格高傲的神经外科手术专家史蒂芬·斯特兰奇（本尼迪克特·康伯巴奇饰）事业有成，在遭遇一次车祸悲剧后，双手再也无法握住手术刀，不能继续他的医生职业，为了治疗他的伤，他远赴尼泊尔遇到了莫度男爵（切瓦特·埃加福特饰），在莫度男爵带动下他得到古一法师（蒂尔达·斯文顿饰）帮助。

斯蒂芬-斯特兰奇把自己曾经的自负都抛在了一边，开始接触和学习鲜为人知的玄学，以及多维空间世界的学问。在纽约的格林威治村，变身奇异博士的斯特兰奇，现实世界和多维空间的中间人，他利用超能力和神器来保护着世界，更要与力量强大党羽众多的卡西利亚斯（麦斯·米科尔森饰）一决高下，来拯救即将崩塌的多维世界。

影片的艺术部门对于电影的视觉呈现至关重要，部门中49位员工全速开工，忙于绘画、雕塑、手制模型、3D打印等工作，电影制作过程中，总共创作了近800幅绘画、3000张概念设计图和40套模型。奇异博士斗篷的廓形在漫威漫画中非常重要，而将设计并制作出这件斗篷也成为了服装部门最大的工作量，20位工作人员都投身其中，因为拍摄中斗篷有各种不同功用，因此最终做了18件。电影中，至圣所的地址，布里克大街177A号，其实是虚构的地址，五位艺术家花了大概10个月时间，才确定了至圣所大厅的设计和细节。