Harry Lockhart, voleur en fuite, se retrouve accidentellement au beau milieu d'un casting de polar Hollywoodien. Afin de préparer au mieux son rôle, il fait équipe avec un détective privé sans foi ni loi et une comédienne en herbe.
Découragée par sa carrière et sa récente rupture, Mira, une star de cinéma américaine, décide de partir en France pour un nouveau rôle. Elle se met alors dans la peau d'Irma Vep dans un remake du classique du cinéma muet français, Les Vampires...
En 1969, l'acteur de télévision Rick Dalton et son ami et doublure, le cascadeur Cliff Booth, sont totalement perdus dans une industrie du cinéma en pleine mutation. Ils ne comprennent plus cette Cité des anges qui assiste à l'émergence du mouvement hippie et à l'arrivée cauchemardesque du gourou Charles Manson...
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