《森冤》的故事发生在一片人迹罕至、传说进入后便无法离开的“寻死的森林”中。一名女子遭到强奸后死亡，警方正全力搜集证据，准备起诉疑凶黄柏木（周俊伟饰）。这起案件也成为新官上任的夏松梓（舒淇饰）接手的第一个案件。联想到树林中接连发生的自杀与失踪事件，松梓怀疑幕后凶手并不止一人，于是决定深入森林展开调查，寻找更多证据。
高级植物学博士彭海（郑伊健饰）常年投入时间和金钱研究植物，试图证明植物同样拥有生命与感觉。他的女友美树（李彩桦饰）则是电视台节目主持，为了提高收视率，不惜对传闻加以渲染，制作有关树林闹鬼的节目。两人截然不同的价值观，也让彼此的关系充满矛盾。
彭海带着柏木进入案发森林，试图重组案件经过。在他看来，案发当日唯一的目击者并不是某个人，而是整片树林；森林中的植物或许能说出它们亲眼见到的一切。松梓对此半信半疑，美树则带领摄影团队赶到现场，准备记录整个调查过程。随着调查逐渐深入，一连串戏剧化的事情随之发生。
