Los Angeles, années 1950. Alors que la ville est sujette à une vague de règlements de comptes après la chute du caïd Mickey Cohen, la police criminelle du LAPD se mobilise tout entière sur l'affaire de L'Oiseau de nuit, un massacre au cours duquel est tombé un ancien policier. Trois inspecteurs aux styles radicalement différents, un carriériste fûté, une brute "pas si bête que ça" et un mondain désabusé, vont être amenés à coopérer pour démêler les fils d'une histoire plus compliquée qu'il n'y parait.
Le scénariste Hossein Amini est engagé pour adapter le roman en scénario. « C’est rare de se voir confier un livre de ce genre par un studio. Il était très court et très sombre, presque comme un poème », explique Amini. L'adaptation en film grand public est difficile car le roman, construit sur une histoire non linéaire, présente de nombreux flashbacks. Amini doit trouver un fil directeur afin de rendre le déroulement de l'action plus linéaire, tout en restant cohérent vis-à-vis de la vision de Sallis (où le point de vue est celui du conducteur au volant de sa voiture). Le scénariste est conscient qu'un braquage qui tourne mal est une action vue maintes fois au cinéma, mais l’intérêt apporté par le livre « c’est de montrer comment tous les personnages en sont affectés. Le braquage a des conséquences non seulement sur le chauffeur mais sur tous les autres.
Au début des années 1930, durant la Prohibition, Al Capone, puissant parrain de la pègre, règne en maître sur la ville de Chicago. Soudoyant élus municipaux et forces de l'ordre, il contrôle en toute impunité le trafic et la vente d'alcool. Un agent fédéral déterminé et intègre, Eliot Ness, est dépêché sur place avec pour mission d'arrêter ses agissements illégaux. Pris à la gorge par la corruption ambiante, Ness recrute alors trois hommes de confiance, dont l'officier de police Jim Malone, afin de monter une brigade d'incorruptibles désireux de nettoyer Chicago du crime...
Sage-femme à l'hôpital Trafalgar de Londres, Anna Khitrova récupère le journal intime de Tatiana, une adolescente russe esseulée qui décède au service des urgences en donnant naissance à une petite fille. Bien qu'Anna soit d'origine russe, elle ne maîtrise pas suffisamment la langue pour lire le journal de Tatiana. Dans l'espoir d'y retrouver le nom du père de l'enfant, elle demande la contribution de son oncle Stepan et de sa mère Helen. Bien qu'ils désapprouvent la démarche d'Anna, ils décident de traduire le journal.
En janvier 1947, à Los Angeles, les inspecteurs du LAPD Dwight « Bucky » Bleichert et Lee Blanchard sont chargés d'enquêter sur le meurtre de la starlette Elizabeth Ann Short, retrouvée atrocement mutilée. Sa beauté et sa fin tragique alimentent les conversations de toute la ville et surtout de la presse, qui la surnomme le « Dahlia noir ».
Dans la scène d'ouverture du film, le personnage principal, Henry Hill, un citoyen américain d'origine italo-irlandaise, parle de son enfance à New York en 1955 et admet : « Autant que je me souvienne, j'ai toujours rêvé d'être gangster ». En effet, déjà à cette époque, Henry est fasciné par le train de vie qu'ont les truands de la mafia, notamment ceux de la famille Lucchese, une équipe de mafieux qui évolue dans son quartier ouvrier de Brooklyn, majoritairement peuplé de voisins d'origine italienne.
À Basin City, surnommé Sin City (« la ville du péché »), Marv surprend un groupe d'étudiants en train d'asperger d'essence un homme ivre affalé sur le trottoir. Ils s'enfuient, mais Marv les rattrape et les tue.
À Austin, trois amies, Arlene, Shanna et « Jungle » Julia, disc jockey d'une radio locale, font une virée dans un bar. Elles ignorent qu'elles sont étroitement surveillées par Stuntman Mike, un ancien cascadeur psychopathe qui sillonne les routes en tuant les femmes qu'il trouve sur son chemin. Pour cela il a une méthode bien particulière : il se sert uniquement de sa voiture. Quand les filles quittent le bar avec une amie, Stuntman Mike fait de même en acceptant de raccompagner chez elle Pam, une autre cliente. Il lui vante les mérites de sa voiture, une Chevrolet Nova qui, selon lui, « protège de la mort ». Lorsqu'il prend une autre route pour suivre les filles, Pam se rend compte que quelque chose ne va pas. Stuntman Mike lui explique alors que seul le conducteur est protégé dans sa voiture puis il freine brutalement. Pam, qui n'a pas de ceinture de sécurité, est projetée en avant et sa tête s'écrase sur le tableau de bord. Stuntman Mike rattrape ensuite le véhicule des quatre jeunes femmes et provoque une collision qui leur est fatale. Il s'en tire avec quelques fractures grâce à son véhicule renforcé et son harnais de sécurité. À l’hôpital, le Texas Ranger Earl McGraw explique à son fils et adjoint Edgar qu'il a de sérieux doutes sur la nature accidentelle de la collision mais qu'il ne peut rien prouver.
Dans les années 1930, Los Angeles est en pleine sécheresse. Evelyn Mulwray engage le détective privé Jake Gittes pour suivre son mari, ingénieur haut placé au département des eaux de la ville et soupçonné d'adultère. Hollis Mulwray s'oppose à la construction d'un barrage hydraulique, qui permettrait d'alimenter les cultures et les élevages en eau potable. Gittes finit par prendre Hollis en photo avec une autre femme. Un article racontant l'infidélité parait dans le journal, et Evelyn Mulwray vient se plaindre auprès de Gittes. Il s'avère que la personne qui l'avait engagé n'était pas la vraie Evelyn Mulwray.
La veille de Noël, menacée d'expulsion, Ronna doit absolument trouver de l'argent. Elle remplace à l'improviste Simon, son collègue au supermarché parti s'amuser avec des copains à Las Vegas. Mais elle décide aussi de le seconder dans ses activités illégales de dealer, avec l'aide de son amie Claire. Cependant, Adam et Zack, jeunes acteurs contraints d'aider la police à arrêter des revendeurs de drogue, vont tendre un piège à Ronna et Claire. Comme Simon a un don hors du commun pour attirer les ennuis, les catastrophes vont bientôt s'accumuler au cours d'une nuit inoubliable pour lui et ses copains. Tous vont bientôt se retrouver dans une situation aussi catastrophique que drôle, chacun de son point de vue. Aucun d'eux n'oubliera cette nuit.
L’intrigue se déroule peu après la fin de la Seconde Guerre mondiale. Elle débute aux États-Unis le 24 avril 1946 avec un procès, à Miami, en Floride, du nazi d’origine allemande John Huberman, jugé pour sa participation à un complot antiaméricain. L'espion américain à la solde des nazis est condamné à vingt ans de prison et se donnera la mort dans sa cellule en s'empoisonnant. Lors de la soirée qu’elle organise après la condamnation de son père, sa fille Alicia rencontre un jeune homme qui, comme tant d’autres, lui fait la cour. Mais les avances de Devlin sont motivées par des intérêts politiques. Agent des services secrets américains, il veut recruter Alicia, femme débauchée et ivrogne mais qui a manifesté son hostilité aux thèses nazies de son père. La jeune femme doit débusquer et infiltrer un groupe d’anciens nazis, amis de son père, retirés à Rio pour poursuivre leurs entreprises commerciales douteuses. Alicia refuse initialement ce « mandat symbolique » mais finit par accepter la mission. Elle est tombée amoureuse de Devlin et veut entamer une nouvelle vie, loin de l’alcool et des soirées mondaines, au service d'une cause qui lui permettra de réhabiliter son nom. Dans l'avion qui les emmène à Rio de Janeiro, elle apprend le suicide de son père.
Santa Rosa (Californie), 1949 : Ed Crane, coiffeur dans le salon de coiffure dont les parents de sa femme Doris sont propriétaires, est un homme rongé par la mélancolie.
Viré de son travail, Easy Rawlins a besoin d'argent. Joppy, tenancier du bar qu'il fréquente le met en contact avec Albright Dewitt, qui lui propose de l'argent pour retrouver la fiancée d’un politicien. Easy passe la soirée avec un couple, les raccompagne chez eux et profite de l’assoupissement du mari saoul pour faire l’amour avec la femme, Coretta. Le lendemain, Rawlins reprend son enquête, mais la police l’arrête pour le meurtre de Coretta…
Londres, de nos jours. Un tueur en série s'en prend aux forces de police. Brant, un inspecteur au comportement violent et aux méthodes peu conventionnelles, prend l'affaire en main avec le sergent Nash, un flic beaucoup plus respectueux des règles et des conventions. Ce duo atypique n'aura de cesse de traquer le tueur, complètement déjanté, qui nargue la police chaque fois qu'il commet un meurtre. Pour Brant et Nash, le temps est compté et chaque seconde perdue met un peu plus en péril la vie d'un de leurs collègues.
En 2001, Octave Parango est un jeune concepteur-rédacteur dans une grande agence de publicité parisienne, la Ross & Witchcraft. Publicitaire de talent, il est aussi cynique, égoïste et irresponsable et mène une vie de débauche, faisant notamment un usage immodéré de la cocaïne. Il est chargé avec son collègue de travail Charlie de mettre au point la campagne publicitaire d'un nouveau yaourt que va lancer sur le marché le groupe Madone. Lors de la réunion où Octave, Charlie et Jeff, responsable commercial, présentent leur publicité à Alfred Duler, cadre supérieur de Madone, celui-ci la rejette. Frustré de voir sa créativité censurée, Octave veut quitter son travail mais Marc Maronnier, son supérieur, lui rappelle tous les avantages qu'il perdrait en faisant cela.