Détective privé inepte et accro à la marijuana, Larry ''Doc" Sportello se balade dans le Los Angeles des seventies à la recherche d’argent facile, d’amour libre et de bon temps. Mais lorsque son ancienne petite amie disparaît, Doc s’attaque à son enquête la plus déroutante à ce jour et s’aventure dans les bas-fonds de la Cité des Anges afin de la retrouver.
En suivant une jeune fille errant dans les rues d’une petite ville, le regard rivé sur un garçon, on se rend vite compte qu'elle est sous l'emprise de quelque chose : une présence sinistre qui loge dans le grenier de sa maison.
Après l'assassinat de l'une de ses jeunes collègues, qui arpentait elle aussi les rues de Los Angeles, Princess, qui se prostitue pour subvenir aux besoins de sa fille, vient en aide à la police. Grâce à sa collaboration, les flics parviennent à retrouver le redoutable criminel. Mais ce dernier échappe à la surveillance du détective Walsh. Désormais, il n'aura de cesse de se venger de Princess...