《树影迷宫》（部分信息提及为《树影迷踪》）剧情围绕1994年北方胡同连环杀人案展开，通过传统侦查手段逐步揭开真相，最终揭示真凶身份。
1994年北京南城胡同，少女小娟被发现死在井里，表面看似自杀，但老刑警冉曦（廖凡饰）与徒弟赵赶鹅（尹昉饰）调查后确认为他杀。随后，又有两名女孩遇害，胡同内人心惶惶。由于当时缺乏监控和DNA技术，警方只能依靠传统侦查手段，如走访调查、分析线索等。居民怀疑开发商为逼拆迁而作案，冉曦师徒因此被骂“黑警”。
调查过程中，师徒锁定混混“刀疤刘”，但他有不在场证明。新线索指向收废品的田浩（富大龙饰），他总在案发地出现。冉曦妻子刘北萍（刘琳饰）开情趣店，无意中透露受害女孩都买过同款发卡。警方在田浩家搜出带血榔头，但他却喊冤称“刀疤刘嫁祸我”。随后，“刀疤刘”突然暴毙，线索中断。旧案卷中翻出10年前类似悬案，死者竟是冉曦初恋，冉曦因此崩溃喝酒，赵赶鹅发现师傅藏了受害者照片。
时间跳到2012年，拆迁队进驻胡同，赵赶鹅已成长为熟练刑警，而冉曦却因执念太深被停职。最后一名受害者妹妹黄玲（马苏饰）突然回国，暗中追查真凶。拆迁队长意外坠亡，他口袋里有小娟的发卡。最终，真凶被揭示为老实人周卫平（赵阳饰），他年轻时被开发商逼拆家，母亲气死，专杀开发商“看中”的女孩报复。杀小娟因她爸签了拆迁协议。最后对决在拆迁废墟，周卫平被冉曦打中腿后被赵赶鹅拷住。
另有说法认为真凶是包子铺老板田浩，他对女儿有着变态的控制欲，检查女儿内衣，不允许她和任何男生来往。当田浩发现女儿开始反抗时，通过杀害其他年轻女性来制造社会恐慌，让女儿因恐惧而顺从。1994年，18岁少女刘珂成为第一个牺牲品，此后三年又有多名女性遭遇类似袭击。田浩利用“受害者家属”身份避开嫌疑。2012年，一个学法律的女孩在电话亭被老头吐痰，坚持报警做检测，结果这口痰的DNA竟与十八年前凶案现场的证据完全吻合，现代科技让田浩现出原形。
