影片讲述了著名大学医学院教授林惜家专门研究人类可以长时间不需睡眠的方法。某天，前女友丘梦熙突然现身求助，她的家人全部患上失眠症，病情逐渐恶化，病人甚至会陷入失常状态、极具攻击性。林惜家为探究真相，展开一系列恐怖实验，却发现近来发生的蹊跷事件与45年前一对孪生姐妹侯文媛和侯文祯的伦常惨案有关。
香港一所大学的医学教授林惜家（黄秋生饰）长期受到失眠困扰，开展了一项让人类可以不用睡眠的研究，向校方申请科研资金但遭到拒绝。此时，他的前女友丘梦熙（吴俐璇饰）突然现身求助，其家人也因长时间无法入睡而十分痛苦。
林惜家正好缺研究对象，二人便一同来到女友家乡，但女友的家人意外车祸身亡。
为探究真相，林惜家偷偷潜入停尸房，取下前女友家人的大脑，带回香港研究。而在研究过程中，林惜家常会产生
幻觉看到女鬼，便找到神婆求助。原来这一切都与45年前孪生姐妹侯文媛和侯文祯（
卫诗雅分饰）的一宗伦常惨案有关。当年，林惜家的父亲林醒（
黄秋生 饰）被日本人掳走当翻译。一次任务中结识了道士的双胞胎女儿。在日本人的威逼利诱下，林醒不得已带走妹妹侯文媛，而姐姐侯文祯被留在
慰安所受尽折磨。不堪受辱的姐姐对欺负她的汉奸周福（
林家栋饰）以及林醒下了会失眠的降头术，而这一降头术像是诅咒，作用在二人的子孙后代上。
了解完父亲经历后，林惜家招聘助理协助他进行脑部研究。丘梦熙又找到林惜家，称自己已经很多天无法入睡希望能够得到治疗，随后她来到林惜家的实验室。之后邱梦熙因为房间内的液体蛋白质确实有了一丝睡意，但是精神逐渐失常，甚至出现啃食自己手臂的情况。林惜家在得知邱梦熙的真实身份后（邱梦熙是周福后代）开始不想让她睡觉，对其所居的病房注入兴奋气体。次日林惜家的助理打开这个被注射兴奋气体的房间发现林惜家正在啃食邱梦熙的身体，最后林惜家被警方逮捕。
在电影中，有一幕是
卫诗雅在吃自己的手臂，原来这个非常逼真的“手臂”是用叉烧和
草莓汁这个奇妙组合而成，
黄秋生笑着表示：其实蛮好吃的，拍完之后全部的工作人员都在吃。
电影中有不少暴力血腥的情节，肠、内脏、血肉也常成为镜头中的主角，原来这些都是运用了猪肉和
猪下水做成的。扮演黄秋生片中女友的
吴俐璇演肠穿肚烂的一幕，那些是用针把猪内脏一针一线穿上，并黏在肚上以做到逼真“肠穿肚烂”的感觉。
演员卫诗雅以往多出演善良青春角色，而在影片《失眠》中一人分饰两角，演出双胞胎姊妹：姐姐因为天生右眼残疾，逐渐养成孤僻冷漠的性格，成天钻研茅山术画符下咒；而妹妹则刚好相反，从小便备受万千宠爱；
卫诗雅在拍摄前，还田野调查双胞胎朋友如何心电感应、花时间熟读二战时期
慰安妇数据、上网自学“茅山术”画符咒练习、甚至把家中部分摆设及床罩改为复古颜色，让自己回到角色的40、50年代状态。片中有一场被日军轮奸的悲惨桥段，卫诗雅坚持自己全程亲身上阵，结果拍摄完成后满身瘀伤。导演
邱礼涛表示：“其实卫诗雅没有必要自己去做，特别是那场日军轮奸戏，因为全程都是用麻布袋罩住头，看不到是谁演的，所以无论演得多好，一般观众很容易就会觉得，是不是用替身。我想这场戏对任何一位女演员来讲，都是一件好难受的事！”
演员
黄秋生在片中饰演医学院教授，研究让人类长时间不需要睡眠的方法，在现实生活中曾担任
卫诗雅的戏剧老师，两人片中有不少纠葛、骇人的对手戏。他们虽熟识多年，卫诗雅表示：“跟他拍戏压力很大，因为他演戏时样子很凶。”她形容黄秋生不是一步步教学生的老师，是靠问问题启发，她自认内心有很多面向，搞不清有多少个自己，黄秋生提点她：“你要找一下你心中的老师，要把“主要”的卫诗雅找出来。”卫诗雅说：“所以不是每个演员都能听懂他在说什么，幸亏我是他的学生。”