Los Angeles, 15 stycznia 1947 roku. Wiadomość od informatora doprowadza Bucky’ego Bleicherta i Lee Blancharda, policjantów oddziału Warrants Squad do zarośli na tyłach apartamentowca. Tam znajdują zmasakrowane zwłoki młodej atrakcyjnej kobiety. Ujawnienie zbrodni wywołuje dziennikarską sensację. Gazety nadają ofierze imię Czarna Dalia i tak rozpoczyna się największy w historii Kalifornii pościg za mordercą. Obaj gliniarze starają się o względy tej samej kobiety i obsesyjnie próbują rozwikłać zagadkę śmierci Czarnej Dalii. Ten szaleńczy pęd wiedzie ich do podejrzanych zaułków Hollywood, gdzie poznają zawiłą i pełną tajemnic historię życia denatki.