《杀人回忆》1986年，韩国京畿道华城郡，热得发昏的夏天，在田野边发现一具女尸，早已发臭。小镇警察朴探员（宋康昊饰）和汉城来的苏探员（金相庆饰）接手案件，唯一可证实的是这具女尸生前被强奸过。线索的严重缺乏让毫无经验的朴探员和搭档曹探员（金罗河饰）只凭粗暴逼供和第六感推断，几次将犯罪嫌疑人屈打成招。而苏探员客观冷静，据理分析，几次排除嫌疑，警察内部为了证明与推翻矛盾不断，然而无辜女子还是接二连三被残忍杀害，他们只好达成共识一起合作。此时，一个极其符合作案特征的小青年（朴海日饰）成为最大嫌疑人，警方神经绷紧地锁定住他，同时DNA检测报告也被送往美国，然而案件并未在此处停止。