故事发生在三十年代的上海，顾维邦（杨佑宁 饰）是一位名不见经传的小导演，一次偶然中，他遇见了名为梦思凡（林心如 饰）的女明星，两人一拍即合，决定拍摄一部爱情惊悚电影，顾维邦为其取名为《夜半歌声》。

网络写手钟华（尹昉 饰）是一个边缘人物，他是地下摇滚歌手，也是专业黑客。他帮音乐公司的老板徐天（果静林 饰）做些见不得人的勾当。一次意外他勾搭上了一个没名气的小歌手萌萌（黄幻 饰），而不幸的是，她居然是老板的情人……正当钟华迷茫之时，他接到了多年没有音讯的父亲钟振清（赵 有亮 饰）发来的邮包，其中竟然藏着一段在文革岁月中的凄婉故事，故事的主人公是个叫施堰萍（倪虹洁 饰）的女文青，她有着一段与众不同的岁月，与同学陈东（黄轩 饰）写了一首改变她一生的歌曲，而她竟然与钟华有着千丝万缕的关系。钟华看着上一辈人的故事，逐渐了解了他们，他与父亲、母亲最终在一首歌曲中破镜重圆，而他也走上了属于自己的路。