영화 '암수살인'은 15년 형을 받고 복역중인 살인범이 사건발생 자체가 알려지지 않았던 추가 살인을 자백하고, 아무도 믿지 않는 이 자백을 토대로 진실을 파헤치는 한 형사의 이야기다.
영화의 시작은 정봉(김영웅)의 소개로 김형민(김윤석) 형사와 강태오(주지훈)의 만남으로 시작된다. 강태오는 자신이 다른 누군가의 부탁으로 토막 시체를 암매장했다는 얘기를 하며 돈을 요구한다. 그러던중 강태오는 여자친구 토막살해 혐의로 다른 경찰들에 의해 잡혀간다. 수감된 강태오는 김형민 형사에게 연락해 자기가 저지른 살인에 대해 자박을 하고, 형사의 직감으로 자백이 사실임을 확인한 김형민 형사는 강태오가 적어준 7개의 살인리스트를 믿고 수사에 들어간다.
극의 후반 강태오가 사귀던 여자 살인혐의 재판에서 여자친구의 아들이 증언을 하는 김미화가 깜짝 등장해 아들의 존재에 대해 결정적인 제보를 한다. 잠깐의 등장이었지만 김미화의 찰진 사투리 연기, 특히 수사에 결정적인 제보로 결국 강태오는 재판에서 무기징역을 선고 받는다.