Dos detectives son los encargados de investigar la muerte de la ambiciosa Betty Ann, actriz conocida como “La dalia negra”. Mientras la creciente preocupación del detective Blanchard (Aaron Eckhart) por la investigación, pone en peligro su relación con Kay (Scarlett Johansson), su compañero Bleicher (Josh Harnett) se siente atraído por Madeleine Linscott (Hilary Swank), mujer perteneciente a una de las familias más destacadas de la ciudad.
