无间道这个名字来自于《涅槃经》第十九卷，八大地狱之罪，称为无间地狱，为无间断遭受大苦之意，故有此名。本片讲述的是两个卧底之间的故事。
黑帮成员刘建明遵循其老大韩琛的安排，去警校卧底成为一个警察。同时，警校学员陈永仁被重案组长官黄志诚看重，离开警校去黑帮卧底，从此两人都坠入了无间地狱。
多年来刘建明在警队努力不倦，加上韩琛的背后支持，提供了不少的敌方黑社会犯罪情报，令刘建明在警队内平步青云，连年晋升至高级督察。同时陈永仁也成为了黑帮老大韩琛的左右手。两人初次相遇是在一间音响店，此时二人还不知对方身份。
通过陈永仁的消息，黄志诚组织了一场抓捕韩琛的计划，恰巧叫来了刘建明作为协助。通过一系列的相互较量，最终并没有抓到韩琛，而这也让双方发现了彼此之间都有卧底的事实，之后两边竭尽全力都想抓住对方的卧底。戏剧性的是警察这边任命刘建明来找卧底，而他利用职务之便反过来帮助韩琛。这里有一个伏笔，韩琛让手下把各自的信息写在纸上交给刘建明，陈永仁帮助同为黑帮成员的傻强，阴差阳错的留下了他的字迹。
刘建明为了抓住警察的卧底，派人跟踪了黄志诚，从而知道了黄志诚和陈永仁见面的地点，并且告知了韩琛。面对韩琛的手下，为了保护刘建明不被暴露，黄志诚惨遭杀害。之后刘建明不想再受韩琛的威胁，想要从此由暗转明，与陈永仁合作一起干掉了韩琛。当陈永仁去警局恢复身份时，意外发现了刘建明桌上的档案，正是之前他留下的字迹，知道了刘建明是黑帮的卧底。他匆匆离去并准备了刘建明的作案证据要挟刘建明在天台见面。两人在天台上的对话成为了经典，陈永仁虽然身在黑帮多年，但依旧心向阳光，作为一个警察的底线不予许他放过刘建明。
然而令人万万没想到的是，警察这边还有一名黑帮的卧底，他趁着陈永仁走入电梯的瞬间开枪杀死了陈永仁，而刘建明为了保护自己的身份也开枪打死了身边的黑帮卧底，从此无人知晓刘建明的真实身份，他从电梯出来时拿着工作证，说的那句话“我是个警察”不仅是说给其他人听，也是在和自己过往的身份彻底断绝。
