Hollywood, 15 januari 1947. Op een verlaten terrein vindt de politie het lijk van Elizabeth Short, bijgenaamd de Black Dahlia. Haar lichaam is in twee stukken gezaagd en er zijn aanwijzingen dat ze is gemarteld. Bucky Bleichert en Lee Blanchard, twee jonge politiemannen, onderzoeken de brute moord. Wanneer Bucky ontdekt dat er een connectie is tussen de Black Dahlia en zijn eigen vriendin, slaan bij hem de stoppen door. Hij raakt geobsedeerd door de moord, maar wordt door zijn superieuren om mysterieuze redenen van de zaak gehaald. Bucky vermoedt dat er corruptie in het spel is. Zijn vriend en partner Lee is de enige die hij kan vertrouwen. Of niet?