新疆建设兵团的上海知青瞿欧德为了出国，抛弃同是上海知青的未婚妻田美娜，而此时的田美娜已经怀有身孕。牧民沙驼救下寻死的田美娜，并愿与之结婚承担责任。田美娜生下一对双胞胎，却因失血过多而死，临终托嘱沙驼照顾儿女成人，并不许儿女与瞿欧德相认。而在田美娜的葬礼上，上海知青殷正根、许萝琴夫妇因不能生育，在他们返回上海之前偷走了田美娜生下的男婴，改名殷浦江;而女婴则由沙陀抚养成人，取名沙小娜。
二十年后，沙陀成为一个成功的牧业企业家，为了完成亡妻的遗愿，沙驼带着沙小娜回上海认亲寻兄，不想与生父瞿欧德再次相遇，一面是血脉相连的生父，一面是恩重如山的养父，一对双胞胎兄妹倍受情感的困扰，并在上海这个大都市寻找各自的爱情和事业。
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该剧导演刘二威是业内最富盛名的家庭伦理剧、情感剧导演，曾成功执导过婚外恋题材伦理剧《不离不弃》、婆媳关系婚姻剧《漂亮主妇》等众多涉及社会焦点问题的作品。《下辈子你还是我的父亲》里刘二威导演延续了亲民、亲情的风格。
对于赵雨菁来说，能有机会与刘导合作，她觉得很开心也很荣幸。原来毕业于北京电影学院的她曾拍摄过《英雄时代·炎黄大帝》、《精忠岳飞》、《妈祖》等年代戏，被称为“年代戏专业户”，自从拍摄电影《爱爱囧事》之后，她就特别想再出演现代戏，这次既能与名导合作，又能让自己过一把瘾，所以拍摄的时候一点儿也不觉得辛苦。
