系列电影《机械师》第一部中，假装死亡的顶级杀手亚瑟（杰森·斯坦森饰）金盆洗手，过着普通人平静的生活。在一桩看似意外的事件中，亚瑟的红颜知己梅（杨紫琼饰）请求亚瑟解救屡屡遭人毒打的神秘女子吉娜（杰西卡·阿尔芭饰），哪料，向来对爱情有免疫的亚瑟，竟与吉娜坠入了爱河，然而他平静的生活也因此被打破。 五年远离是非的生活风平浪静，亚瑟以为自己已经和过去的杀手生涯告别，然而宿命难敌，竟然有人暗中盯上了他，亚瑟的身世之谜也浮出水面。原来，他年幼时和一群孩子被军火商抓去，训练他们玩枪、杀人，难以忍受的亚瑟从军火商手中逃脱，而他的一位小伙伴长大后却成了军火商的接班人，也是影片中的最大反派。 这位反派找到了亚瑟，并绑架了他的挚爱吉娜，要挟他去刺杀三个世界上头号危险人物。为了他和他的爱人能够逃脱，亚瑟被迫再度从事刺客工作，他必须在有限的时间内完成一系列不可能的刺杀任务。 亚瑟深知反派的残暴，最终一定不会放过自己，在成功暗杀了两个目标之后，亚瑟和第三个目标——另一支规模庞大的军火商头目亚当斯（汤米·李·琼斯饰）结成同盟，一同对付他们共同的对手。那么，亚瑟最终能否和吉娜一起逃脱，平静的生活能否再继续……

2007年，Dr.James在半岛军火商的支持下研究生化人。研究过程中，生化人安德烈发生基因突变大开杀戒，将半岛军火商杀害，并控制其组织，接管生化人的研究。Dr.James侥幸逃生，只好寻求警方的保护。特工林东（成龙 饰）不得以离开生命垂危的小女儿西西，接受证人保护任务... 十三年后，一本科幻小说《机器之血》的出版引出了黑衣生化人组织，神秘骇客李森（罗志祥 饰）（被杀害的半岛军火商的儿子），以及隐姓埋名的林东，三股力量都开始接近一个“普通”女孩Nancy（欧阳娜娜 饰）的生活，想要得到她身上的秘密。而黑衣人幕后受伤隐藏多年的安德烈也再次出手，在多次缠斗之后终于抓走Nancy。林东和李森，不得不以身犯险一同前去解救，关键时刻却发现李森竟然是被杀害的半岛军火商的儿子，生化人的实验记录也落入了李森之手......