In het Los Angeles van de jaren 70 raakt de sjofele privédetective Holland March (Ryan Gosling) opgescheept met een ruige collega genaamd Jackson Healy (Russell Crowe). Samen trachten ze de verdwijning van een meisje op te lossen die al snel in verband wordt gebracht met de dood van een pornoster. Naarmate ze dichter bij de waarheid komen, merken ze dat er een grote samenzwering gaande is.