Los Angeles, cité des anges. Une mystérieuse femme fatale, amnésique et blessée, erre sur la sinueuse route de Mulholland Drive. Elle se réfugie chez Betty, une apprentie comédienne fraîchement débarquée de sa province et venue conquérir Hollywood. D'abord effrayée par cette inconnue se faisant appeler Rita, Betty découvre dans son sac des liasses de billets verts. De plus en plus complices, les deux femmes décident de mener l'enquête afin de découvrir la véritable identité de Rita...