该片讲述了吴刚因修仙出错，被师傅处罚在广寒宫前砍伐破而重生的桂树。偌大的广寒宫，只有吴刚砍树的声音与嫦娥和玉兔相伴。三千年日月交替，吴刚与嫦娥互生情愫，两人本只愿这样在月宫平淡共度，不曾想，他们的爱却遭到了玉兔的纠缠，她偷食月晶石，将嫦娥打入转生池，更将吴刚困在了桂树之下。吴刚在月宫厨娘桂姨的帮助下，逃往凡界，寻找嫦娥，而且必须在月圆之前找到嫦娥，并与之相认。
于是，吴刚开始了一场苦苦寻找嫦娥并与之相认的人间之旅......