Фильм представляет собой продолжение истории Чоу Мо-Вана — главного героя предыдущей ленты Карвая, «Любовное настроение». Чоу возвращается в Гонконг после нескольких лет, проведённых в Сингапуре. Он заселяется в дешёвый отель, где сначала хочет снять комнату 2046, поскольку этот номер напоминает ему о прошлом, но это оказывается невозможно, и Чоу селится в соседний номер, 2047. Большая часть фильма рассказывает об отношениях Чоу с постояльцами номера 2046. Чоу, работавший раньше журналистом, в Гонконге зарабатывает на жизнь писательским трудом. В качестве прототипов героев своих книг — смеси бульварной эротики и фантастики — он использует людей из реальной жизни: владельца гостиницы, всевозможных женщин, постояльцев номера 2046. В книгах Чоу описывает фантастическое будущее, в котором по всей Земле тянется гигантская транспортная сеть, по которой можно перемещаться в любое место и время. Год 2046 он обозначает особенным временем, в которое люди стремятся попасть, чтобы обрести утраченное. Вставки из фантастического мира книг Чоу в фильме перемежаются со сценами из реальной жизни и воспоминаниями самого героя...