Memories of Murder mengisahkan investigasi dua detektif dalam mengungkap kasus pembunuhan berantai yang terjadi di sebuah desa kecil di Korea Selatan pada tahun 1986. Detektif Park Doo-man (diperankan oleh Song Kang-ho) adalah seorang polisi lokal yang menggunakan metode investigasi tradisional dan tidak konvensional, sering kali mengandalkan intuisi. Ia bekerja sama dengan detektif Seo Tae-yoon (diperankan oleh Kim Sang-kyung), seorang polisi kota yang lebih rasional dan berpendidikan.