Situé dans les années 1970 à Los Angeles, le détective privé Holland March (Ryan Gosling) et le briseur de jambes engagé Jackson Healy (Russell Crowe) doivent travailler ensemble pour résoudre le cas d'une fille disparue et la mort apparemment sans rapport d'un star du porno. Au cours de leur enquête, ils découvrent une conspiration choquante qui atteint les plus hautes sphères du pouvoir.