演员阵容较前作《催眠大师》相比，更升级到7个主要角色，故事内容上也由两个错综复杂的真实凶杀案交织而成。围绕着家庭暴力、阴谋与爱情，同时伴随着近未来、软科幻等虚拟元素的加入，串联起一整个悬疑烧脑的故事。黄渤与段奕宏在片中相互博弈，上演现实生活中的猫鼠游戏；黄渤与徐静蕾的CP夫妻档，看似甜蜜的背后却有着因记忆带来的忧伤；除此之外，杨子姗不安的眼神、许玮甯的浴缸戏等，都令其所饰演角色带有几分神秘性，让影片颇具看点。
影片《记忆大师》不仅在主创阵容、情节内容方面精雕细琢，场景布置上更是倾注心力。剧组远赴泰国曼谷实地取景，全片在美术创作、道具置景上也融入了东南亚风情，同时混搭欧式复古风格，创造出了一个神秘莫测的记忆世界。对于故事中出现的软科幻、近未来、记忆手术、凶杀案件等复杂的内容设置，导演陈正道表示，“我情愿做一个创新复杂的好故事，也不要去做一个一看就非常简单的。有些电影反映生活，我的电影则是实现一种幻想，不断去做一些新鲜的尝试，拍出更多元化的电影作品。”值得一提的是，在“大师归来”特辑中，一幢充满科技感的记忆中心大楼隐约出现，揭开了记忆世界的神秘面纱，记忆手术台、记忆头盔等机械道具也在特辑中一闪而过。影片无论在故事内容、主创阵容、道具置景三方面重磅升级。
对于这次在脑内追查真凶的警察角色，段奕宏直言：“我一直在给自己提要求，我希望这个角色一定是要经得起推敲的！因为电影的戏剧结构很完整，我害怕观众只关注到故事情节，却忽略了角色背后的人物性格，所以我经常在现场和导演讨论沟通，为的就是让沈汉强这个人物更丰满、立体”。
在影片《记忆大师》中，黄渤、徐静蕾是首次搭档出演夫妻，二人也将这种戏中默契的感觉延续到了戏外，外界不禁好奇二人首次合作会在戏中产生怎样的化学反应。对此黄渤表示，跟女神徐静蕾对戏的反应可以用“电光闪闪、霹雳啪嚓”来形容。