In dit bittere sprookje over de opkomst en ondergang van Hollywood-ster Maria Vargas (Ava Gardner) schetst regisseur en scenarioschrijver Joseph L. Mankiewicz een onthutsend portret van Hollywoods droomfabriek. Vargas, naar verluidt gemodelleerd naar Hollywood-ster Rita Hayworth, maakt een komeetachtige ontwikkeling door van nachtclubdanseres tot wereldster. De ongekende roem, haar relaties met machtige mannen en haar weigering om haar ziel te compromitteren eisen uiteindelijk hun tol.

In deze vroege film van Luchino Visconti schittert actrice Anna Magnani als een door ambitie verblinde moeder met een dochtertje dat geen enkel talent blijkt te hebben. Na een mislukte screentest van het meisje maakt de temperamentvolle moeder Magnani zo'n stampij bij de filmstudio dat de producenten door de knieën gaan en haar dochtertje toch een filmrol geven. Maar als de moeder zich realiseert dat het meisje enkel als mikpunt voor grappen dienst doet, is de maat vol. Resoluut keert ze zich van de filmwereld af.

Wanneer Paul (Michel Piccoli) de opdracht krijgt om het scenario te herschrijven van de Odyssee-film die Fritz Lang in Rome draait, begint hij aan zijn eigen Odyssee. Hij vertrekt naar Rome met zijn vrouw Camille (Brigitte Bardot), die hij aanbidt, maar onderweg vertelt ze hem dat ze hem hartsgrondig veracht. 

Hollywood-producent Griffin Mill krijgt dreigbriefjes van een anonieme scenarioschrijver die dreigt hem te vermoorden. Hij probeert uit te vinden van wie de briefjes zouden kunnen komen en stuit daarbij op de naam David Kahane. Mill spoort Kahane op, krijgt hooglopende ruzie met hem, waarna hij hem vermoordt. Terwijl de politie Mill op het spoor is, blijven de dreigbriefjes komen...

De overgang van de stomme naar de sprekende film loopt niet van een leien dakje. Daar kunnen de dansende filmster Don Lockwood (Gene Kelly), zijn boezemvriend (Donald O'Connor), zijn toekomstige grote liefde (Debbie Reynolds) en zijn feeksachtige tegenspeelster (Jean Hagen) over meepraten.

Het verhaal gaat over Joe Gillis (William Holden), een schrijver die worstelt met een gebrek aan inspiratie en geld. Zijn scenario's worden keer op keer door de filmbazen afgekeurd en voor hij het weet, moet hij op de vlucht voor schuldeisers. Hij komt toevallig terecht in een vervallen villa op Sunset Boulevard, waar hij kennis maakt met Norma Desmond (Gloria Swanson), een filmster uit de stomme periode die met de opkomst van het geluid haar carrière tenonder zag gaan. Desmond heeft ze duidelijk niet allemaal op een rijtje: ze leidt een eenzaam leven, met alleen haar butler (Erich Von Stroheim), zelf een vergeten regisseur, als gezelschap, maar beeldt zich in dat de wereld zit te wachten op haar comeback. Ze kleedt zich, gedraagt zich en spreekt alsof ze nog steeds een ster is, hoewel ze haar publiek al jaren geleden is kwijtgeraakt.

De opnames van een nieuwe oorlogsfilm met onder andere actieheld Speedman (Ben Stiller), comedyster Jeff Portnoy (Jack Black), de iets te serieuze acteur Kirk Lazarus (Robert Downey Jr.) gaan de mist in als de acteurs plotseling in een echte oorlog terecht komen.

Het ooit geliefde kindsterretje Baby Jane is nu een onevenwichtige volwassen vrouw, verslaafd aan wodka en krankzinnig werkend aan een comeback. Haar zus Blanche was een volwassen filmster tot een auto-ongeval haar verlamde en zij totaal afhankelijk werd van haar knettergekke zus...