Ai Là Hung Thủ là một bộ phim hành động, hình sự đầy kịch tính xoay quanh một vụ án mạng chưa được giải quyết suốt 16 năm. Câu chuyện bắt đầu vào mùa đông năm 2001, khi một vụ giết người xảy ra tại một nhà máy in ấn ở thành phố Hải Chu. Lãnh Tiểu Binh, một cảnh sát hình sự mới vào nghề, cùng đàn anh Lý Lam đến hiện trường, ngoài ý muốn gặp gỡ sát thủ của những vụ án giết người liên hoàn đang làm cả thành phố Hải Chu rơi vào nỗi kinh hãi. Lãnh Tiểu Binh do sợ hãi mà không dám nổ súng, hung thủ lợi dụng cơ hội bỏ trốn, cướp đi mạng sống của đàn anh Lý Lam. Hạ Mộc, đứa con trai của nạn nhân, trốn thoát dưới gầm giường và trở thành nhân chứng duy nhất của vụ án. Để giữ lại vị trí trong đội hình sự, Lãnh Tiểu Binh buộc phải che giấu sự thật, Hạ Mộc cũng vì sợ hãi mà im lặng, giấu đi sự thật Lãnh Tiểu Binh không dám nổ súng, để hung thủ ung dung ẩn mình, vụ án Hải Chu vẫn được treo niêm. 16 năm sau, Hạ Mộc trở về Hải Chu để thực tập tại đội hình sự, nắm được bí mật chôn vùi của Lãnh Tiểu Binh, buộc anh ta phải chung tay điều tra vụ án cùng mình. Cuộc điều tra kéo dài, những nghi ngờ quẩn quanh bố của bác sĩ tâm lý Thẩm Vũ, và Thẩm Vũ cũng bắt đầu lên kế hoạch mô phỏng tội phạm để giúp chồng thoát tội. Bộ xương được phát hiện, thời gian tử vong xác định quá 16 năm, đẩy ba người Lãnh Tiểu Binh, Hạ Mộc, Thẩm Vũ rơi vào màn đêm sâu thẳm của sự thật. Những sự kiện kinh ngạc được nối tiếp, bộc lộ chân tướng vụ việc, lòng người phức tạp và mâu thuẫn. Cuối cùng, ba người hợp lực, chung sức ra tay, tróc nã hung thủ, đưa ánh sáng tới những bóng tối còn dang dở.