谁是凶手剧情讲述了一起发生在南方四线小城海舟市的连环凶案，在真相尘封了十六年之后，与这宗悬案有着千丝万缕的联系的人们，在各自不可告人的秘密中，一起等待真相浮出水面……
2001年寒冬，海舟市印刷厂家属院发生了一起命案。新人刑警冷小兵和师兄李岚接到报案，一起奔赴现场。因冷小兵的胆怯无法扣下扳机，让凶手逃走，致使李岚牺牲。此后连环杀手停止作案。由于缺乏物证和线索，警方封存了海舟案。十六年后，当年躲在阁楼上阴差阳错逃过一劫的受害人儿子夏木来到警队当实习生，跟随冷小兵。故事就这样展开，伴随着神秘的心理医生沈雨（赵丽颖饰）的出现，一起几乎与16年前一模一样的案子发生，真相似乎就要浮出水面。
2000年，正在放假的小学生夏木在老师夏金兰家里生活，夏金兰在外出买鱼的时候被一名黑衣男子尾随并入室杀害。另一方面，刚刚加入重案队的冷小兵满腔热血要破个大案子，在师傅陈大明的介绍下，了解了海舟市近年来最大的案子——海舟连环杀人案。之后，恰逢师兄高鹏出警，第一天上班的冷小兵接到了一通神秘的报警电话，冷小兵和刑警李岚赶赴现场。由于报案人没说具体的门牌号，他们两人只能分头寻找。冷小兵一路查询找到了夏金兰家里，正好和凶手碰了头，由于过度紧张，冷小兵没有开枪反倒被凶手用花盆砸晕，凶手在逃跑途中被李岚堵住，为了脱身，他又残忍地杀害了李岚。陈大明和高鹏赶到现场，他推测报警电话就是凶手大的，且在公用电话和张贴的通告上都找到了一枚相同的指纹，且能确定凶手的右手有烧烫伤。
