1949年的日本帝都，社会分为两个贫富差距悬殊的阶层，富人掌握特权。其中，涌现出一个神秘的变脸怪盗K-20，经常偷取富裕阶层的珍奇宝物。那日，他又声言要在财团千金羽柴叶子（松隆子 Takako Matsu 饰）的婚礼当天盗取某财团的名画《巴别塔》，令警察厅十分恐慌。叶子的未婚夫、探长明智小五郎（仲村亨 Tôru Nakamura 饰）如临大敌，高度戒备。身怀绝技的杂技艺人远藤平吉（金城武 饰）阴错阳差卷入了这场盗画的阴谋之中。由于被当成K-20，他锒铛入狱，后侥幸逃脱，在老友源治的帮助下，栖居民间，潜心研究易容之术，准备伺机向陷害自己的K-20复仇。叶子总是在把玩父亲临终前送给他的礼物，觉得里面暗藏玄机。后来，K-20再度出现准备掳走叶子，危急时刻远藤平吉刚好赶到，两人跟K-20及警察厅展开了周旋，逐渐逼近了真相……                                                                    本片为江户川乱步的同名小说改编。

怪人二十面相是日本推理小说作家江户川乱步为其一系列少年推理读物所创造的反派角色。小说中的怪人二十面相是个化妆高手，可以随心所欲地易容变装。他胆大心细，总是用高明的手段窃取艺术品，往往在作案前先写信警告物主，宣布将要下手的时间。 这名怪盗在《怪人二十面相》里首次现身，与书中的侦探明智小五郎相互较劲。台湾东方出版社曾发行此书的中译本，书名译为《千面人》，书里的这名怪盗也被称作「千面人」。