Los Angeles, 1977: smog teistert de dag, neon verlicht de nacht.
Privé-detective Holland March (Ryan Gosling) vormt met tegenzin een koppel met krachtpatser Jackson Healy (Russell Crowe) om een vermissingszaak op te lossen.
Wanneer zij in hun onderzoek een verband vinden tussen een vermist meisje en de dood van pornoster Misty Mountains komt een complot aan het licht dat reikt tot in de machtigste kringen.