深夜的穆赫兰道发生一桩车祸，女子丽塔（劳拉·赫利 Laura Harring 饰）在车祸中失了忆。她跌跌撞撞来到一个公寓里藏身。
一名男子说他常常梦见一个叫云奇的地方，那里有个恶魔盯着他。于是就来到云奇，果真见到墙后有怪物出现，男子当场晕死。
另有一名杀手杀死了他面前 的男人，然而蹩脚的他却惹来了不少一连串的麻烦。
故事回到一个刚到好莱坞“寻梦”的女子贝蒂（娜奥米·沃茨 Naomi Watts 饰），她的姨父姨母在电影圈有广泛人缘，让贝蒂的发展如虎添翼，试镜大受好评。同时，她所住的公寓，正好是丽塔藏身之地。贝蒂收留了丽塔，二人感情融洽。面对记不起自己是谁的丽塔，贝蒂决定帮助她寻找回自己的记忆。
一名导演想自己决定新戏的女主角，却被他人强行安排人选。工作不顺意的他还发现妻子和清洁工睡在一起。
这些看似松散的事件，就像一个迷宫，引向一个让人猜不透的世界……

60岁的立花源也和28岁的摄影师井田恭二不远千里跋山涉水上门去拜访隐居了三十年的一代影星藤原千代子，为了给她拍摄一生自传的纪录片。款款前来的千代子虽然已界75岁高龄，但仍然优雅美丽，左眼下标志性的小痣也仍然俏皮。立花双手递上一把钥匙，千代子深受震动，称这把钥匙是开启一个 秘密的关键，当年她不慎丢失，今日竟还能再回手中。千代子的思绪飞到老远。
1926年9月1日，藤原千代子呱呱坠地，水灵清秀的她16岁就被星探发掘，然而直到遇上一个画家，她救他于乱世中，藏于自家仓库内，他赠她一把钥匙，说这是开启秘密的关键，并承诺再与她重逢时带她去看北海道的雪。然而次日千代子放学归家时画家已经因为逃开追捕逃离远去。
千代子自此进入电影圈，只因为画家最后说他会去满洲作战，而第一部电影承诺会去满洲取景。从此千代子的银幕生涯拉开，拍摄了代表日本战国、幕府、大正及昭和等四个不同时期的大时代爱情故事。在每一个故事里，千代子都在奔跑，追寻着自己的真爱。场景与她本身的故事糅合在一起，虚实难分。立花和井田紧随其后身临其境，时而变成故事中人物。
然而千代子丢失了钥匙，心灰意冷的她嫁给了一直追求她的导演大泷。到后来她发现一切是一个精心布下的骗局，千代子认清事实后决意继续找寻自己少女时代的所爱。