Nhân vật chính của phim là tổ cảnh sát hình sự gồm trung tá Nguyễn Bình, đại úy Lê Trực và trung úy Thanh Hùng. Ba con người, ba tính cách hoàn toàn khác nhau: Nguyễn Bình già dặn, thâm trầm, dày dạn kinh nghiệm; Lê Trực thông minh, sắc sảo, có óc phân tích, tư duy logic; Thanh Hùng trẻ trung, sôi nổi, nhiệt tình nhưng hơi bộp chộp. Mặc dù mỗi người một vẻ, nhưng khi họ kết hợp với nhau thì tạo thành một bộ ba tuyệt vời. Khác với những phim hình sự đã làm, “Kẻ sát nhân có tài mở khóa” không động chạm đến những vấn đề đao to, búa lớn như buôn bán ma túy hay chống tiêu cực, tham nhũng..., mà đơn thuần là những vụ án hình sự, giết người cướp của.
Nạn nhân thứ nhất là ông Miên, một người đàn ông độc thân bị giết vào khoảng nửa đêm. Sau khi giết ông Miên, hung thủ đã lấy hết số tiền hàng tỉ đồng trong chiếc két sắt kiên cố trong phòng ngủ của ông. Điều đáng nói, là chiếc két này phải mở bằng hai chìa và có sử dụng hệ thống mật mã hết sức phức tạp. Để mở được két, một chuyên gia sành sỏi về cách mở két cũng phải mất ít nhất hai giờ đồng hồ. Nhưng ở đây, hung thủ chỉ thực hiện hành vi đó trong khoảng mười lăm phút. Tất cả mọi nghi vấn được nhằm vào những người thân thích trong gia đình, họ tộc, hàng xóm và những bạn bè thân thiết với nạn nhân. Sau một thời gian dài khoanh vòng, điều tra các đối tượng nằm trong diện tình nghi, thì tất cả những người này đều có bằng chứng ngoại phạm. Vụ án tưởng chừng rơi vào chỗ bế tắc. Nhưng bằng sự quan sát tinh tế, óc phán đoán tài tình, sắc sảo, từ một vết tích tưởng chừng rất mơ hồ, vụ án đã được khám phá. Và điều bất ngờ nhất, là hung thủ không phải là người có những đặc điểm nghi vấn được khoanh vùng ngay từ những phút đầu của ban chuyên án.
Nạn nhân của vụ án thứ hai là bà vợ ông chủ cửa hàng sửa chữa đồ điện dân dụng. Bà này bị tấn công trong một vụ đột nhập cướp tiền, vàng vào tận nhà giữa ban ngày. Điều làm cho các chiến sĩ cảnh sát hình sự đau đầu, là trong nhà có nuôi một con chó bẹc giê to rất tinh khôn đã trải qua khóa huấn luyện dạy chó nghiệp vụ. Một người lạ thì dứt khoát không thể lọt vào được sau cánh cổng sắt, chứ đừng nói đến chuyện vào tận phòng ngủ, tấn công chủ nhà và cậy tủ lấy tiền. Hơn nữa, vụ án xảy ra vào giữa ban ngày, và nhà của ông chủ cửa hàng điện cách không xa cửa hàng của ông ta. Theo thông lệ, tất cả những người thân của nạn nhân, kể cả chồng của bà ta cũng được đưa vào tầm ngắm. Lại những cuộc rượt đuổi, truy lùng. Lại khấp khởi, hi vọng để rồi thất vọng, trăn trở... Vụ án chắc chắn sẽ mãi mãi nằm trong sự quên lãng, nếu các chiến sĩ hình sự không xoay hướng điều tra sang chuyện tình của chú ... chó bẹc giê. Chính câu chuyện “tình yêu” của chú bẹc giê dũng mãnh nhưng máu “gái” này đã đưa các chiến sĩ hình sự đến nơi cất giấu “chiếc chìa khóa” để lật mặt hung thủ, bắt kẻ thủ ác phải đền tội.