《白夜追兇》是一部懸疑推理劇，主要講述了刑偵支隊隊長關宏峯爲了洗脫弟弟關宏宇的殺人罪名，一路破獲多起案件的故事。
刑警關宏峯與武警關宏宇是一對雙胞胎兄弟，關宏宇在一場滅門慘案裏，被認定爲是嫌疑犯。身爲刑偵支隊隊長的哥哥關宏峯堅信自己的弟弟是無辜的，但是所有的證據都指向關宏宇，法院的審判也已經下來。
爲了不讓弟弟冤死，關宏峯私自窩藏了逃犯弟弟。兩個人利用幾乎一模一樣的相貌瞞過了所有人。
關宏峯因爲親屬迴避的原則，不能參加弟弟案件的調查，關宏峯選擇了辭職。這時候市裏發生了棘手的案件，支隊長周巡爲了破案就請了關宏峯作爲“編外顧問”參與各大重案要案的調查。
哥哥關宏峯患有“黑暗恐懼症”，晚上不能出門，但是爲了能夠儘快尋找弟弟案件的真相，只能深入參加到各種案件的調查裏去，希望可以尋找機會翻閱到當時滅門案件的卷宗。
白天關宏峯出門，到了夜晚就由弟弟關宏宇頂替哥哥的身份外出辦案。因爲天生性格迥異，兩個人一直漏出馬腳，但是兩人也在這個過程裏偵破了各種大案。
