韩国电影《杀人回忆》根据真实案件改编，讲述着发生在一个小镇的连环强奸杀人案，镇子上没有接受过完整刑侦培训的警察和从汉城调来的年轻警察为找到杀人凶手的故事。
这部电影被一些知名电影人称为是一部完美的电影，整个画面带着朦胧的美感，镜头运用也是不走寻常路。
《杀人回忆》开篇就是警察发现了一个死在稻田外的裸身女子。警察朴斗满没有接受过任何司法培训，没有任何破案的技巧，完全凭借这自己的第六感锁定了犯罪嫌疑人——一个傻子。朴斗满和搭档曹警官都坚信这个傻子就是真凶，就把他强行扣押，逼迫他说出自己的作案经过。可傻子终究没有说出一个所以然来，再加上傻子的手指并不灵活无法完成整个犯罪过程，案子停滞了。
从汉城来到苏泰允立志要把案子侦破，几人分析了两个案件的相关内容后发现几个相同点：被害人穿着红衣服，出事的当天在下雨。由此苏泰允发现了一个叫董和苏的女子也失踪了，认为她也被杀害了。找到了董和苏的尸体之后，众人发现与之前的被害女子遭遇相同：都是被丝袜勒死，脸上蒙着她的内裤。可时间过得太久，女子体内残留的精液没有办法确定凶手是谁。
在案件一筹莫展的时候，朴警官等人派出女警官穿着红衣服独自走在雨夜里。凶手没有出现但女警官等人认识了两个女学生。与此同时，一个穿着红外套的中年女人出门送伞然后被杀害了。由于那个年代缺乏对现场的保护和必要的技术，再加上是雨夜，现场破坏极其严重，根本找不到任何有用的证据。
女警官圭玉偶然发现自己喜欢听的电台在每一次案发的晚上都会播放一首“悲伤情书”，为了调查点歌人究竟是谁，苏警官到处翻找电台的明信片想要获得线索。而另一边没有任何进展的朴警官去求助巫婆，想要用巫术帮助自己找到真凶。可就在野外施法的时候，发现了一个奇怪的变态男人。在抓住之后他们试图强迫他认罪，可这种强制性的审问最后被制止了。
案件又陷入一团乱麻。变态男人和之前的两个女学生都提过女子学校的厕所有问题，苏警官就继续前往调查，偶然间发现了一个幸存的被害者。据时间线分析，这个女子是整个连环杀人案的第一个被害者，但是她没有看见对方的脸，只记得对方的手很柔软。
又有一个女子被害了，与此同时警方调查到电台点歌人是谁。点歌人朴兴圭的手像女人一样，警官们认为他就是罪犯，但并没有任何的证据。回放之前的录音带，朴警官认为傻子光昊应该是目睹了作案过程，可没等从他的口中问出什么，光昊就死了。从美国传来的DNA检测证明点歌人朴兴圭并不是凶手。
案件所有的线索再次消失，可被害人持续增加。朴警官也选择了转行，哪怕多年之后正义也依旧没有到来。