《天地英雄》将故事置于公元700年的盛唐时期。当时，中国与阿拉伯及中东地区在经济、文化方面往来频繁，西域丝绸之路成为彼此交流的重要通道。为了守护这条要道，唐军长期与突厥军队对峙。
戍边校尉李（姜文）因不忍杀害突厥俘虏中的老人、妇女和孩子，违抗军令，沦为朝廷通缉犯。皇帝于是任命多次请求回国的日本遣唐使来栖（中井贵一）为捕快，并答应只要他能将校尉李捉拿归案，便满足他返回日本的愿望。战事正酣之际，来栖奉命来到西域，负责护送将军之女文珠（赵薇）回长安。途中，他与校尉李相遇，两人激战之后势均力敌，遂约定在长安城下再决生死。
不久，来栖一行又遇上护送经书的朝廷商队，以及企图劫掠驼队的响马子安（王学圻）。一场关乎生死的大战，也随之蓄势待发。
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