《日月凌空》用跌宕起伏的情节，勾画出了唐朝女皇武则天和巴蜀民间才女谢瑶环一段感人肺腑的忘年交。 此剧和单纯讲述历史故事不同，该剧在尊重历史的前提下，广采野史传奇，塑造了一批巾帼丽人、文墨骚客、江湖奇侠、舞姬术士等。除了在西安拍摄外，剧组还在涿州搭建了近30个具有唐代风格的室内大场景，还有上千套花团锦簇的唐代服饰、上百款各具特色的唐代发型和上千件制作精美的唐代兵器服饰，所有这些“盛唐符号”在勾画出盛唐官民生活细节的同时，也会再现盛唐的民俗风情。
晚清，中国内忧外患。在曾国藩等人的筹办下，江南机器制造总局应运而生。邝福海受捻军的派遣前来阻挠，与梦想自建坚船利炮的徐华容结成生死之交。徐华容传播西方科学，推行洋务运动，阻止李鸿章用造船经费购买外国军舰，呕心沥血赶造兵舰，但最终功亏一篑。“甲午战争”惨败后，洋务运动破产，江南制造局成众矢之的。徐华容奔走呼号，惨淡经营，迎来辛亥革命。邝继业从日本回国后，在中共党人李印夏帮助下，发动工人运动，抗拒军阀掠夺，结束摩根称霸江南的时代。日本发动侵华战争，江南造船厂被长崎造船所吞噬。第三代江南共产党人孙翔龙、杨胜国和工程师汪同宾与日寇斗智斗勇，为新四军偷运军需物资，输送军工人才。解放伊始，江南造船厂为装备新中国第一支海军部队，成功实施一江山岛登陆作战立下了赫赫战功。
刑侦大队队长程兵（张译 饰）带领的三大队在办理一起恶性案件的过程中导致嫌犯之一意外死亡，被判入狱。出狱后依然坚持以普通人身份追踪在逃嫌犯。 影片根据真实事件改编，原载于“网易人间工作室”作者深蓝的《请转告局长，三大队任务完成了》。
