本片靈感來源於加州歷史上最聲名狼藉的謀殺懸案。

1947年，22歲的姑娘伊莉莎肖·特白（米婭·科什納飾）來到繁華的都市洛杉磯。和許多年輕女孩一樣，她最大的夢想是成為一名電影演員。但她的容貌還沒有美麗到第一眼就引起別人的注意。她有長長的頭髮，喜歡去酒吧和夜總會，相信愛和浪漫的事情，把大量的時間花在化妝上。不久，她便成了一個初出茅廬的小明星。但是在她死後，其身世仍是一個巨大的疑團。她曾說她的丈夫在二戰中捐軀，但其實這只是她為自己虛構的身世一部分，她的名字也像是個秘密，由於她的黑頭髮和黑色的衣服，而被世人稱作“黑色大麗花”。

1947年某一日，一位行人在靠近好萊塢的一個空地上發現了“黑色大麗花”的屍體。她的裸體被人殘忍地砍成兩段，並有嚴重毆打和性虐待的痕跡。關於她死狀的細節，有著數種令人不寒而慄的傳聞。奇怪的是，當這起謀殺案在新聞中被披露之後，許多人去警察局自首，承認是他們殺了“黑色大麗花”。

黑色大麗花（5）警探布奇（喬什·哈奈特飾）和李（阿倫艾克哈特飾）奉命追查這起兇殺案，隨著案件的展開，李和未婚妻凱（斯嘉麗·約翰遜飾）受到了不明人士的恐嚇，而布奇在調查中則被一個洛杉磯大家族的女兒瑪德琳（希拉里·斯萬克飾）所吸引，並驚奇的發現，瑪德琳很可能與此案有關，於是布奇和李順藤摸瓜，逐步發現了警局更大的陰謀內幕。