Charlie Kaufman, heureux scénariste de Dans la peau de John Malkovich et fort de ce succès, vient de se voir confier l'adaptation du livre Le Voleur d'orchidées. Le roman est signé de la journaliste Susan Orlean et inspiré de son enquête sur un collectionneur et chasseur d'orchidées rares.
Les diamants de Lady Holiday, créatrice de mode, ont été dérobés. Les reporters Kermit, Gonzo et Fozzie ont complètement raté l'information et leur patron les menace de les virer. Pour sauver leur place, ils décident de mener l'enquête et partent pour Londres. Un peu perdus, ils atterrissent à l'hôtel du bonheur...un hôtel miteux mais à l'accueil chaleureux !
Après avoir perdu la vue et l'amour de sa vie dans un accident de voiture, Mateo alias Harry Caine, réalisateur, vit dans l'obscurité après avoir perdu sa femme
En 1998, Greg Sestero est un jeune Américain qui rêve de devenir un acteur célèbre. Dans le cadre d'un cours de théâtre, il rencontre Tommy Wiseau, un homme énigmatique et passionné qui semble habité par les mêmes désirs bien qu'il ignore tout de l'industrie du cinéma. Devenant rapidement amis, ils décident de tout faire pour réaliser leurs rêves en s'installant à Los Angeles, où Wiseau possède déjà un appartement. Bénéficiant d'une grande fortune aux origines mystérieuses, Wiseau finit par décider, après une série de refus et de déceptions, de se lancer dans l'écriture et la réalisation de son propre film, dans lequel il compte donner les rôles principaux à Greg et à lui-même.
Fin des années 1960. Un vent de révolte souffle sur l'Europe. En Suède, le réalisateur suit son amie, une jeune activiste de 22 ans, Lena Nyman, alors qu'elle interroge de nombreuses personnes sur diverses questions politiques et de société, à travers le pays.
Une équipe décide de tourner un film de zombie en un seul plan-séquence dans un vieil entrepôt abandonné de la Seconde Guerre mondiale. La situation dégénère lorsqu'elle rencontre de véritables zombies qui les attaquent.
Au cours de la nuit précédant Noël, un vieillard égoïste et avare nommé « Ebenezer Scrooge » reçoit la visite du fantôme de son défunt associé Jacob Marley venu lui dire que son comportement actuel ne peut le rendre heureux car s'il continuait il supporterait de lourdes chaines pour l'éternité et peut être même plus. Plus tard, durant les trois nuits suivantes, Scrooge reçoit la visite successive de trois fantômes incarnant les Noëls passé, présent, et futur.
Le film revient sur le tournage du film culte d'Alfred Hitchcock : Psychose et expose les difficultés pour le grand cinéaste de trouver des fonds pour un film si personnel et qui a sa façon de braver la censure, notamment dans la fameuse scène de la douche. Une grande partie du film est aussi consacrée à sa relation avec sa femme, Alma Reville, et la vie de cette dernière.
Griffin Mill, directeur de production à Hollywood, reçoit des cartes postales anonymes menaçantes. Il semble qu’elles émanent d’un auteur, dont le scénario aurait été recalé. Par ailleurs, il craint pour son emploi, d’autant qu’un transfuge de la concurrence est embauché, à ses côtés.
Dans les années 1920. Rudy Hickman (Gene Wilder) est renvoyé de la boulangerie où il travaillait car il a des tics : il tire la langue aux clients, il inverse ses mots et a des crises de laryngite, tout cela dû à la nervosité. Rudy décide alors de partir pour Los Angeles. En effet, Mr Zitz (Dom DeLuise), le directeur de la "Rainbow Studio" à Los Angeles, afin de faire concurrence à la Paramount (avec Rudolph Valentino), décide de faire un concours : le concours du plus grand séducteur du monde. Rudy se rend donc dans cette grande ville avec sa femme, Annie (Carol Kane). Mais Rudy ne sait pas que sa bien-aimée est amoureuse du célèbre Rudolph Valentino, qu’elle a déjà rencontré et qu’elle va essayer de retrouver.
Cascadeur professionnel travaillant pour le cinéma, Michel Gaucher, surnommé "Mike", travaille avec sa fiancée Jane Gardner. Toutefois, à quelques minutes de leur mariage, prévu de longue date, ils sont appelés afin d'exécuter une cascade en voiture pour un film, mais qui va mal se dérouler, puisqu'un problème de frein provoque la chute de leur voiture, ce qui leur vaut de se retrouver à l'hôpital avec contusions et jambes cassés. Excédée par le comportement de son fiancé, Jane décide de le quitter. Une fois rétabli, Michel n'arrive plus à trouver d'emploi dans le milieu du cinéma, contraint à simuler une débilité mentale et de s'inventer une famille pour toucher des indemnités de la sécurité sociale. Un jour, Santos, un ami cascadeur, lui demande de le remplacer de temps en temps, en se déguisant en gorille dans un supermarché pour une publicité pour des pâtes.
Avant même l'apparition du générique, le film débute par une scène onirique représentant des danseurs de jitterbug ; une femme (Naomi Watts), d'abord entourée d'un couple âgé, s'avance pour recevoir les applaudissements ; un lit et son occupant endormi sont montrés. Victime d’un accident de voiture, une mystérieuse femme aux cheveux noirs (Laura Harring), amnésique et blessée, erre sur la sinueuse route de Mulholland Drive : elle se dirige vers Los Angeles. Les enquêteurs chargés de mener les recherches sur l'accident indiquent qu'ils suspectent qu'un troisième passager, peut-être une femme, se soit enfui jusqu'à la ville. À l'aube, cette femme se glisse dans l'appartement qu'une femme rousse et plus âgée s'apprêtait à quitter. Dans un Winkie, nom d'une chaîne de restaurant, un homme (interprété par Patrick Fischler) raconte à son ami le cauchemar qu'il a eu dans lequel il y avait un horrible personnage derrière le bâtiment. Quand ils examinent les lieux, le personnage apparaît et l'homme ayant fait le cauchemar s'évanouit d'effroi. Alors que la femme aux cheveux noirs dort, plusieurs appels téléphoniques énigmatiques concernant sa localisation sont passés.
Viktor Taransky (Al Pacino), réalisateur hollywoodien sur le déclin, doit faire face au départ de la vedette capricieuse de son film. Comme plus aucun acteur ne souhaite travailler avec lui, son studio refuse de continuer la production. Alors qu'il s'y résigne, Taransky est abordé par Hank Aleno (Elias Koteas), informaticien loufoque et admirateur de son œuvre, qui lui propose d'utiliser des acteurs virtuels grâce à un programme développé pendant huit ans. Taransky refuse, mais quelques jours après, Aleno meurt et lui lègue le fruit de son travail : Simulation One, qui permet de créer et modeler à souhait une actrice totalement virtuelle, Simone.
Cette nostalgique leçon d'histoire recèle les trésors cachés des plus grandes comédies musicales de la MGM ainsi que de nombreux autres extraits merveilleux mais moins célèbres, avec Esther Williams, Jimmy Durante, Eleanor Powell et même Clark Gable chantant et dansant. « Il était une fois Hollywood » est une véritable gourmandise pour cinéphiles et amateurs de comédies musicales.
Sidney Bruhl, auteur jadis reconnu de pièces de théâtre, vient de connaître un nouvel échec critique et public avec sa dernière pièce. Cherchant à tout prix à renouer avec le succès, il remarque le manuscrit que lui a fait parvenir Clifford Anderson, l'un de ses étudiants à un séminaire d'écriture. Sidney Bruhl voit là l'occasion de revenir sur le devant de la scène, à condition de faire croire que le texte est de lui. Mais pour cela, il faut se débarrasser de Clifford Anderson…