《三人行2016》的故事发生在香港一所大型医院。外科主任医师佟倩（赵薇 饰）刚结束例行巡视，接连不断的手术以及部分患者并不理想的术后状况，让她长期处于高度紧绷的状态，精神压力也随之不断累积。
此时，一名头部中枪的男子被紧急送入医院。他名叫张礼信（钟汉良 饰），是个胆大狡猾、智商极高的罪犯。所幸枪伤并未造成严重创伤，苏醒后的他却拒绝接受手术，似乎在暗中等待某个合适的时机。负责监视并将他击伤的警官陈伟乐（古天乐 饰）同样心急如焚，他迫切想查明张礼信同伙的下落，甚至不惜采取非法手段。
在这座人来人往的医院里，警察、医生与悍匪围绕生死和真相展开了一场持续六个小时的激烈较量。
