三个小时一点都不沉闷，表示导演有一定的功力。沿用经典Blade Runner的一些元素，包括一些角色，背景资料和电影的整个气氛；却不能说因此而丧失了独特性。
时代背景：2049年，自从Tyrell制造出来的复制人反叛以后，Wallace改进了技术，制造出更忠诚的复制人。而旧一代的复制人因此被追杀。
K是一个复制人，职业是追杀复制人，即银翼杀手。这天他杀了一名隐姓埋名的农夫复制人。他在农夫家外的大树底下发现了一具尸骨。经过化验，证实尸骨是一名女性，因难产而死。令K和上司惊讶的是，这个尸骨属于一个复制人。
K继续追踪案件。他到Wallace公司去找旧资料，因此得知女尸骨是多年前Deckard追杀的女复制人。Wallace的得力助手Luv（也是复制人）因此得知复制人的孩子诞生了的消息。Wallace要Luv暗地里追踪K。
K有一个虚拟的女伴。她非常漂亮，性感并善解人意。似乎她也能做出理性判断与选择，带有人性特质。她自作主张，安排一名妓女来到家里。然后，虚拟女伴跟妓女实体结合，跟K 产生亲密关系。
K在追踪案件时发现了六个号码。在自己的记忆中，他曾经拥有一个小玩具，一个小木马；木马身上也刻着同样的号码。K接着找到了两个孤儿曾经在孤儿院里长大，可能就是女复制人的孩子。当K 来到孤儿院时，发现自己记忆中的场景竟然是真实的。更让他惊讶的是，他的小玩具木马也真实存在。这表示他的记忆并非被植入的虚假信息。他怀疑自己就是女复制人的儿子。
K发生了很大的情绪起伏。上司发现以后害怕他因此而不能冷静并忠诚地为政府干事。于是，K被停职了。K的虚拟女伴却鼓励他继续追踪自己的身份，还给他按了一个名字，Joe。
另一边，Luv不折手段要找寻女复制人的孩子，甚至杀了K的上司。虚拟女伴说Wallace能通过她追踪Joe。于是她建议他切断她跟公司里系统连接的网络。虚拟女拥有了自由。
Joe接着去找一名为复制人植入记忆的人物。他询问她自己关于木马的记忆是否真实的。这个女生是个天生没有免疫力的人自小便生活在一个保护罩之下，通过虚拟世界自娱。她看了Joe的记忆后，情不自禁地留下眼泪，说：“这是真实被经历过的。”Joe因此确定自己不是直接以成人诞生的复制人，而是拥有童年的复制人。
Joe因此想找Deckard。原来年老的Deckard藏在Tyrell总部里。那里因为辐射太强而已经被荒废。Deckard告诉Joe，他母亲名字叫Racheal。不久，Luv也赶来了。他们抓走了Deckard，也毁灭了虚拟女伴。Joe却被一群反叛的复制人救走。
反叛军的首领告诉Joe，Rachael生下的是女婴。他们为了保护女婴，隐藏了她的身份，也为她复制了一个复制人。Joe因此知道，自己不是Racheal的亲生儿子。但是首领告诉Joe，为正义的理由死去最有人性价值。
Joe因此从Luv手中救出Deckard。他杀死了Luv。
最后，Joe明白了原来女生说“这是真实被经历过的”指的是她自己真实的经验，而非他的。他带Deckard去找自己的亲生女儿。而受伤的Joe躺在一片白雪之上，或许已经死去。