1937年深秋，日本开始全线进攻中国，为躲避战乱，中国医生成贤（秦汉饰）携带怀有身孕的日本妻子理惠子（早乙女爱饰）和孩子从上海逃到南京老家，他没想到南京也差不多快被侵华日军夷为废墟。被告知可以进入欧美列强势力保护的安全区避难时，成贤认为自己与难民身份不同没做理会，投靠了老朋友继续行医。以国小教师刘天琴（刘若英饰）为代表的同胞的悲剧令他震惊愤怒，但他认为自己首要任务不是反抗暴敌而是尽职做好一名医生。

同年12月13日，南京沦陷，日军在城里搜寻伤兵，理惠子因为她的日本身份逃过了一次灾难。日军对南京全城进行了惨无人道的大屠杀，救委会主席约翰想用身体挡住日本人冲进安全区，遭到一顿暴打。日军在安全区内大肆姦淫妇女，老师书琴为保护孩子受伤，理惠子因被踢中肚子而流产。

这部以“南京大屠杀”为主题背景的电影，因其独特的视角也曾被评价为一部“充满人文精神，人性十足、生命意识极强的一部电影”。（《中青线上》评）

《南京1937》所展现的是一个导演对战争、对民族、对人性的思考，是电影人时隔半个世纪后对南京大屠杀的第一次真正的沉思。（《凤凰网》评）

吴子牛导演的《南京大屠杀》，通过血泪斑斑的镜头语言，反覆强化了这样的道德立意：日本战争发动者罪孽深重，必须向中国人民谢罪。（《中国网》评）

导演吴子牛通过一个中日结合的家庭在南京大屠杀中的遭遇和视角，表明了对战争、对民族、对人性的深刻思考。影片结尾，导演特别打出了两组字幕，分别是1937年南京大屠杀中的死亡人数以及1995年南京城最新人口数字的对比，从另一个角度揭示了历史的回声。（《腾讯娱乐》评）