太陽到達最高點的時候，它的影子便消失了。刑警韓東秀（韓石圭 飾）爲了證實自己對一起已有定論的殺人案的猜想，致使自己的兒子意外身亡，從此變得意志消沉起來。14年後，一樁殺人案似乎和當年這起案件有著某種聯繫，當韓東秀再一次開始關注起當年一名被害人的兒子有漢（高修 飾）時，意外認識正在幫助財團老闆調查未婚妻柳美皓（孫藝珍 飾）的私家偵探，從私家偵探那裡得知這名叫柳皓美的女人正是當年被認爲是畏罪自殺的兇手的女兒李佳。當年這兩個韓東秀曾經有懷疑過的小孩子如今長大成人，而且又同樣因爲兇殺案出現在他的周圍。在韓東秀的追查過程中，他發現了當年兇殺案以及近期兇殺案的真相，而真相背後，卻是一對永遠不能在光天化日之下見面的苦戀情侶。
影片改編自日本著名推理小說家東野圭吾的同名小說《白夜行》。小說曾在日本被拍成電視劇，並大獲成功。