Un casting d'enfer pour un voyage... au bout de l'enfer ! En tête d'affiche : Tugg Speedman, la star du film d'action, en chute libre depuis ses trois derniers navets. À ses côtés : Jeff Portnoy, spécialiste des comédies (très) bas de gamme, avide de prouver ses qualités de comédien ; Kirk Lazarus, acteur "Méthode" multi-recompensé et 100 % givré ; Chino, superstar pop et fan d'Al Pacino ; et Kevin Sandusky, le fringant petit jeune tout heureux de faire partie de la bande. Cinq egos surdimensionnés au service du "plus grand film de guerre de tous les temps". Sur le papier, ça se tient (ou presque), mais sur le tournage tout dérape : les caprices des stars et l'incapacité du réalisateur, Damien Cockburn, font grimper les frais à une allure vertigineuse, au point que le studio décide de tout arrêter... C'est alors que Damien a l'idée "géniale" d'entraîner sa petite troupe au cœur du Triangle d'Or pour une expérience de "cinéma-vérité" d'un genre inédit.
À Paris, au tournant des années 1930, Hugo Cabret, un garçon d'une dizaine d'années, vit humblement avec son père, horloger. Il se retrouve orphelin à la suite d'un incendie causant la mort de ce dernier. Il se réfugie alors dans une gare, derrière les horloges qu'il entretient. Il passe le reste de son temps à tenter de réparer l'automate mécanique que son père cherchait à restaurer avant sa mort. Hugo est convaincu que le robot, dont la vocation est d'écrire, renferme un ultime message de son père. Il n'hésite pas à voler viennoiseries ou petits objets, et il est pris en flagrant délit par un vieux monsieur tenant une boutique de jouets, qui lui confisque son carnet de croquis. Hugo, en tentant de récupérer son carnet, rencontre la filleule du marchand de jouets, qui devient alors son amie.
Dans la banlieue de Chicago (Aurora, Illinois), Wayne Campbell et Garth Algar animent une émission qu'ils émettent depuis le sous-sol de leurs parents. Benjamin Kane, producteur d'une chaîne de télévision locale, tombe par hasard sur leur programme et les engage, en réalité pour servir les intérêts de marketing de Noah Vanderhoff, propriétaire de bornes d'arcade. Parallèlement à la « professionnalisation » de leur émission, Wayne rencontre Cassandra, bassiste d'un groupe de hard rock, dont il tombe amoureux. Mais il va devoir se confronter à Benjamin, qui semble lui aussi être intéressé par la jeune femme, et avoir ses propres idées quant à l'émission… Une des scènes les plus connues est l'interprétation du titre Bohemian Rhapsody de Queen par les principaux personnages du film entassés dans une voiture.
Du pétrole est découvert sous le théâtre des Muppets et le magnat Tex Richman envisage de raser les lieux ainsi que les studios pour forer ce pétrole. Un fan des Muppets, Walter, découvre le plan de Richman et en parle à son frère Gary et la petite amie de ce dernier, Mary. Pour contrer le riche homme, ils mettent au point un Téléthon afin de collecter dix millions de dollars. Pour ce faire, le couple aide Kermit la grenouille à réunir les autres Muppets, partis chacun de leurs côtés.
Danny Madigan, un jeune garçon habitant New York, sèche l'école pour aller au cinéma. Il est un grand fan de la série des Jack Slater qui met en scène un héros de films d'action (incarné par Arnold Schwarzenegger) qui rappelle l'inspecteur Harry.
À Hollywood, en 1927, George Valentin (Jean Dujardin) est un acteur très célèbre du cinéma muet, auquel le succès est monté à la tête. De son côté, Peppy Miller (Bérénice Bejo) est une jeune femme qui tente sa chance dans le cinéma après avoir été prise en photo avec Valentin. Cette photo, à la une de Variety, ne plaît pas du tout à Doris (Penelope Ann Miller), la femme de George. Peppy se fait embaucher comme figurante et recroise le chemin de Valentin dans un studio où il découvre ses talents de danseuse. Il la fait alors embaucher pour un second rôle sur son nouveau film, mais la présence de Peppy le trouble. Tous deux se retrouvent plus tard dans la loge de George, où ils manquent de succomber.
L'histoire se déroule dans l'Ouest américain en 1874 (avec un grand nombre d'anachronismes). La mise en place d'une ligne de chemin de fer ne peut aboutir à cause d'une zone de sables mouvants. L'itinéraire doit être changé, ce qui fait que la ligne pourrait passer par Rock Ridge, une ville frontière où tous les habitants portent le même nom, Johnson. Le procureur d'état, le procureur général intriguant Hedley Lamarr – à ne pas confondre, ce qui arrive souvent dans le film, avec l'actrice Hedy Lamarr –, souhaite racheter à bas prix les terrains prévus pour la construction. Pour y parvenir, il tente de chasser les habitants de leur ville. Ainsi, pour leur faire peur, y envoie-t-il une bande de malfaiteurs dirigée par l'inepte Taggart, ce qui incite la population de Rock Ridge à demander au gouverneur de leur affecter un nouveau shérif. Or, le gouverneur, un peu dépassé, se laisse persuader par Lamarr de choisir, pour cette fonction, Bart, un Afro-Américain et ouvrier à la construction des chemins de fer. Comme Bart est noir, Lamarr espère que ce choix outragera les habitants de Rock Ridge à tel point qu'ils finiront soit par abandonner la ville soit par lyncher leur nouveau shérif.
Chili Palmer est un prêteur sur gage de Miami, il ne s'entend pas avec son supérieur, Ray Barboni. Leo Devoe, un de ses emprunteurs meurt dans un accident d'avion. Mais lorsque Chili interroge Fay, la veuve, il découvre que Leo n'était pas dans l'avion. Fay reçoit de l'argent en dédommagement de l'accident d'avion, que Leo va jouer à Las Vegas.
En Californie, au début des années 1960, le producteur hollywoodien Walt Disney fait un premier pas dans sa quête, commencée 20 ans auparavant, pour obtenir les droits d'adaptation cinématographique de la série de livres pour enfants Mary Poppins de la romancière Pamela L. Travers. L'auteur accepte de venir en Californie rencontrer le producteur, qui souhaite tenir une promesse faite à ses filles. Alors que le studio, célèbre pour ses productions animées, commence l'adaptation du roman, l'équipe de scénaristes, qui comprend Don DaGradi et les frères Sherman, duo de compositeurs, est confrontée aux exigences de Pamela L. Travers, de plus en plus difficile à contenter.
Riggan Thomson est un acteur à la gloire passée, plus connu pour avoir interprété le super-héros Birdman dans une trilogie de films. Le rôle l'habite encore, Thomson se prenant parfois à croire qu'il peut voler ou déplacer des objets par la pensée, tout en entendant les sarcasmes du personnage de Birdman. Riggan a cependant un projet pour relancer sa carrière : une nouvelle adaptation sur Broadway de la nouvelle Parlez-moi d'amour de Raymond Carver.
Ce film "reconstitue", de manière romancée et humoristique, quelques jours dans la vie des Spice Girls avant leur premier concert au Royal Albert Hall. Les membres du célèbre groupe britannique y jouent leur propre rôle.
Bobby Bowfinger (Steve Martin), patron de la Bowfinger International Picture dont le siège est situé dans une zone déserte de Los Angeles, est un rêveur, loser criblé de dettes sur lequel aucun studio ne miserait un centime. Mais Bobby n'a pas dit son dernier mot.
Tom Welles, détective privé à l'affût de « l'affaire » qui lui apportera la notoriété, est contacté par madame Christian, une veuve fortunée qui a trouvé dans les documents de son défunt mari un snuff movie mettant en scène le meurtre d’une jeune fille. Bouleversée, elle demande à Welles d'enquêter sur l'authenticité du contenu du film. Celui-ci, aidé de Max California vendeur dans un sex shop, se lance sur la trace d'un dénommé Machine qui semble être l'auteur du meurtre présenté dans le film sur lequel il enquête.
Un écrivain passionné de récits criminels (Ethan Hawke), en mal d'inspiration pour trouver son prochain sujet, emménage avec sa famille dans une maison où a eu lieu l’épouvantable assassinat d’une famille entière. Il découvre dans le grenier de la maison une boîte contenant un projecteur et des bobines de pellicule Super 8 sur lesquelles ce meurtre, ainsi que plusieurs autres, ont été filmés. Il poursuit son enquête et découvre une entité qui pourrait bien mettre sa propre famille en danger.
À la suite de leur come back réussi, toute la bande des Muppets part en tournée, triomphant dans les théâtres des plus grandes capitales européennes. Mais bien malgré eux, ils se retrouvent bientôt mêlés à une affaire criminelle d’envergure internationale, un complot dirigé par le redoutable bandit Constantine...