22岁的姑娘伊丽莎白·肖特（米娅·科什纳 饰）来到繁华的都市洛杉矶。和众多年轻女孩一样，她怀揣着成为电影演员的最大梦想。然而她的容貌还不足以让人第一眼就注意到她。她留着长长的头发，喜欢去酒吧和夜总会，坚信爱与浪漫，还会花大量时间化妆。不久后，她成了一名初出茅庐的小明星。由于她一头黑发且常穿黑色衣服，被世人称作“黑色大丽花”。 1947年的一天，一位行人在靠近好莱坞的一片空地上发现了“黑色大丽花”的尸体。她的裸体被残忍地砍成两段，还有严重被殴打和性虐待的痕迹。关于她的死状细节，流传着好几种令人毛骨悚然的传闻。奇怪的是，这起谋杀案在新闻披露后，很多人到警察局自首，承认是自己杀了“黑色大丽花”。 警探布奇（乔什·哈奈特 饰）和李（艾伦·艾克哈特 饰）奉命追查这起凶杀案。随着调查的深入，李和未婚妻凯（斯嘉丽·约翰逊 饰）遭到了不明人士的恐吓，而布奇在调查过程中被洛杉矶一个大家族的女儿玛德琳（希拉里·斯旺克 饰）吸引，还惊奇地发现玛德琳很可能与这起案件有关。于是，布奇和李顺藤摸瓜，逐渐发现了警局背后更大的阴谋内幕。