690 год н.э., в Китае правит династия Тан. Китайской столицей является город Лоян, где по случаю коронации первой императрицы Ву Цзэтянь (Карина Лау) возводят огромную буддийскую ступу. Но что-то идет не так, и после череды странных событий, произошедших в Лояне, торжество оказывается на грани срыва. Последней каплей становятся несколько самосожжений, — после них Ву Цзэтянь начинает расследование, которое поручает детективу Ди (Энди Лау). И это несмотря на то, что 7 лет назад императрица сама же посадила его в тюрьму по обвинению в несогласии с режимом. В 2013 году к киноленте «Детектив Ди и тайна призрачного пламени» был снят приквел — фильм «Молодой детектив Ди: Восстание морского дракона».