《地球最后的夜晚》以罗紘武的返乡之旅为线索，交织着现实的追寻与梦境的迷思，讲述了一个关于记忆、遗憾与和的故事。
罗紘武因父亲离世回到贵州凯里。旧宅里，他翻出父亲珍藏的染血照片，照片上的女人是万绮雯——多年前与他有过一段短暂恋情，却神秘消失的女人。父亲的老友提到，万绮雯曾是当地黑帮头目左宏元的情人，而左宏元多年前死于一场大火，传闻与万绮雯有关。罗紘武带着模糊的记忆和一丝疑虑，开始寻找万绮雯的踪迹。
他循着线索找到曾与万绮雯同住的白猫母亲。老人递给他一本绿色封皮的书，说是万绮雯留下的。书里夹着一张电影院的票根，背面写着“野柚子”三个——那是万绮雯曾随口提过的，她梦想中生活的地方。罗紘武记得，万绮雯曾说自己被左宏元，渴望逃离，还说过“只要念咒语，房子就会旋转”这样孩子气的话。他在夜市遇到一个唱山歌的女人，对方的声音像极了万绮雯，却只留下一句“她去了缅甸”便消失在人群中。现实的追寻像一团迷雾，记忆与线索不断交织，让罗紘武分不清真实与想象。
除夕夜，罗紘武独自一人走进那家印着票根信息的电影院。影片开场，他戴上3D眼镜，随着镜头坠入黑暗——梦境开始了。梦里的他身处一个废弃的矿洞，遇见一个拿着乒乓球拍的小男孩。男孩说自己在等父亲，球拍是父亲留下的，而那球拍的样式，与罗紘武童年时丢失的那把一模一样。穿过漫长的隧道，他走进一间亮着红灯的理发店，店主是个与母亲容貌相似的女人，她正对着镜子涂口红，哼着罗紘武童年时听母亲唱过的歌谣。女人说，她曾为了和爱人私奔，用枪打伤了丈夫，如今被困在这里等一个不会回来的人。
再往前走，他在一座旋转木马上看到一个女孩，她有着万绮雯的眉眼，自称凯珍。罗紘武问她是否认识万绮雯，凯珍笑着摇头，却唱起了那首“野柚子”的童谣。两人在烟花绽放时拥吻，罗紘武念起万绮雯曾说的咒语，周围的房子真的开始旋转，灯光在夜色中晕成流动的光斑。梦境里，所有现实中缺失的答案似乎都有了轮廓：男孩是他未曾长大的童年，理发店女人是他对母亲的愧疚，凯珍则是他对万绮雯遗憾的投射。
当罗紘武从电影院醒来，银幕上的光影早已散去。他手中的绿皮书滑落，书里的票根已褪色。这场现实与梦境的交织，或许并非为了找到万绮雯的下落，而是让罗紘武在记忆的碎片中，与过去的遗憾、未说出口的告别，以及那些被时光掩埋的情感，成了一场迟来的和。
电影没有给出明确的结局，却在现实与梦境的穿梭中，让罗紘武也让观众看见：所有未成的故事，所有放不下的执念，终会在记忆的深处，以另一种方式找到归宿。