《白夜追凶》是一部悬疑推理剧，主要讲述了刑侦支队队长关宏峰为了洗脱弟弟关宏宇的杀人罪名，一路破获多起案件的故事。
刑警关宏峰与武警关宏宇是一对双胞胎兄弟，关宏宇在一场灭门惨案里，被认定为是嫌疑犯。身为刑侦支队队长的哥哥关宏峰坚信自己的弟弟是无辜的，但是所有的证据都指向关宏宇，法院的审判也已经下来。
为了不让弟弟冤死，关宏峰私自窝藏了逃犯弟弟。两个人利用几乎一模一样的相貌瞒过了所有人。
关宏峰因为亲属回避的原则，不能参加弟弟案件的调查，关宏峰选择了辞职。这时候市里发生了棘手的案件，支队长周巡为了破案就请了关宏峰作为“编外顾问”参与各大重案要案的调查。
哥哥关宏峰患有“黑暗恐惧症”，晚上不能出门，但是为了能够尽快寻找弟弟案件的真相，只能深入参加到各种案件的调查里去，希望可以寻找机会翻阅到当时灭门案件的卷宗。
白天关宏峰出门，到了夜晚就由弟弟关宏宇顶替哥哥的身份外出办案。因为天生性格迥异，两个人一直漏出马脚，但是两人也在这个过程里侦破了各种大案。