1947. Ein brutaler Mord erschüttert Amerika. Das Starlet Betty Ann Short (Mia Kirshner) alias 'Die schwarze Dahlie', wird tot aufgefunden. Die Cops Lee Blanchard (Aaron Eckhart) und Bucky Bleichert (Josh Hartnett) werden mit dem Fall betraut. Blanchard vertieft sich so tief in den Sensationsfall, dass er seine Beziehung zu Kay (Scarlett Johansson) gefährdet, und Partner Bleichert hat nur noch Augen für die rätselhafte Madeleine Linscott (Hilary Swank). Nach einer wahren Begebenheit inszeniert Meisterregisseur Brian De Palma diesen Film Noir über Liebe, Hass und tödlichen Intrigen.