深夜的穆赫蘭道發生車禍后，麗塔（勞拉·哈靈飾）因失憶躲進一處公寓。同時，男子描述的夢境中出現云奇旅館怪物場景與殺手誤殺事件形成平行線索。來自加拿大尋夢的好萊塢新人貝蒂（娜奧米·沃茨飾）借住的公寓恰是麗塔藏身地，兩人結伴調查身份之謎。導演亞當（賈斯汀·塞洛克斯飾）遭遇創作控制權剝奪與婚姻背叛的雙重危機，其被迫接受制片方指定女主角的情節與貝蒂試鏡受阻形成呼應。隨著調查深入，麗塔的真實身份指向女星卡米拉·羅茲，而貝蒂逐漸顯露出與自殺者黛安·塞爾文的重合特征。亞當被迫妥協后發現妻子與清潔工私情，最終在俱樂部遭遇超現實警示。所有線索最終匯聚為貝蒂/黛安幻想出的完美人生鏡像，而現實中的三角情愛糾葛與自殺真相在虛實交錯中逐漸浮現。