一名轻度自闭的航天工程师罗伊，他的父亲在20年前离开地球前往海王星，寻找外星智慧生物。不料任务失败，有去无回。而罗伊此次也要飞越太阳系，找到父亲，并查清当年失败的原因。

故事在1969年瞬息万变的洛杉矶展开，在那个风起云涌的变革时代，嬉皮文化盛行，好莱坞大制片厂制度瓦解，新的好莱坞明星纷纷崛起。电视明星里克·道尔顿（莱昂纳多·迪卡普里奥 Leonardo DiCaprio饰）与他长期合作替身搭档克里夫·布斯（布拉德·皮特 Brad Pitt 饰）如何在逐渐陌生的娱乐圈里，找到自己的一席之地。他们正力图扬名电影圈，却发现这个行业早已不是他们想象的样子了…… 这是昆汀自编自导第9部影片，汇集星光闪闪的卡司与交错的情节，纪念好莱坞不再复返的黄金年代。

本片根据曾于1977年至1981年间担任美国中央情报局局长的斯坦菲尔德·特纳的小说《高度机密：总统、中情局局长和特工》改编而成。
Osbourne（约翰·马尔科维奇 John Malkovich 饰）是CIA的资深分析员，因酗酒问题被开除。沮丧的Osbourne回到家中又不被老婆重视。他妻子Katie（蒂尔达·斯文顿 Tilda Swinton 饰）是个冷冰冰的职业医生，与财政部的Harry（乔治·克鲁尼 George Clooney 饰）偷情，在船上共度春光。Osbourne赌咒写一本自传来透露CIA的高极机密，却被一心想跟自己离婚的Katie错拿去记录调查自己的财政报告，后又不慎落在了健身房。被傻里傻气的健身房女员工Linda（弗兰西斯·麦克多蒙德 Frances McDormand 饰）和稍有点二百五的健身教练Chad（布拉德·皮特 Brad Pitt 饰）拾得，这下一直为整容手术费用发愁的Linda有了主意，决定去敲诈。这一群人的命运就因为这张光盘而发生了变化。

丹尼奥逊（乔治-克鲁尼饰,George Clooney饰）是刚从监狱假释出来的大盗，马上又操起了老本行，这次他的目标是为了盗取赌城富豪泰瑞（安迪•加西亚 Andy Garcia 饰）的一亿五千万金钱。泰瑞来头不小，于是丹尼精挑细选了11个高手前来助阵——有扑克天才拉提斯 （布拉德•皮特 Brad Pitt 饰）、爆破专家、扒手大王、杂技演员。精密的盗窃计划开始了。
拉提斯却发现了一个秘密，丹尼的前妻竟然和泰瑞有着不寻常的关系。泰瑞举行一个拳击比赛，那一亿五千万就是比赛的奖金。行动就安排在那一晚，拉斯维加斯的夜晚因为这次周密的盗窃计划波澜起伏。

杰西•詹姆斯（Brad Pitt 布莱德•彼特 饰），南北战争时期最著名的强盗，他与兄长组建的詹姆斯帮伙同其喽罗犯下无数宗抢劫案，即使防卫再出色的银行也难逃他们的魔掌。杰西凭借其出神入化的枪法和经历成为平民百姓心中的传奇人物。
人过中年杰西逐渐厌倦颠沛流离和与政府捉迷藏的生活，手下的喽罗或死或伤，兄长也因杰西的坏脾气选择离开。新加入“詹姆斯帮” 的懦弱男孩罗伯特•福特（Casey Affleck 凯西•阿弗莱克 饰）视杰西为超级偶像，与渐感疲惫的杰西隐居乡间。然而经过多年的相处，罗伯特却最终成为这名传奇侠盗生命之闸的掣动者……

18世纪的路易斯安娜州，丧失妻女痛不欲生的庄园主路易（布拉德·皮特 饰）遇上了吸血鬼莱斯塔特（汤姆·克鲁斯 饰），被其施法变成吸血鬼。路易心存人性，不愿意吸血杀人，靠吸食动物的血为生，而莱斯塔特则一心要把路易斯教导成一个真正的吸血同类。
在新奥尔良，路易禁不起诱惑吸了小女孩克萝迪娅（克尔斯滕·邓斯特 饰）的血，而莱斯塔特则不顾路易斯的反对把克萝迪娅也变成了吸血鬼。三个人组成了一个奇特的家庭。
几十年过去了，克萝迪娅开始怨恨莱斯塔特剥夺了他真正的人生，她设计杀死了莱斯塔特，和路易周游世界，过着既像父女、又像情人的生活，寻找同类，也寻找着自身存在的意义。
在巴黎，他们遇上了以阿蒙（安东尼奥·班德拉斯 饰）为首的一群吸血鬼，聚居在剧院地下，过着和他们迥然不同的生活，阿蒙给了路易许多教导，想成为路易的新伙伴，为此，路易和克萝迪娅之间出现了裂痕，最终，酿成了无可挽回的悲剧。
1988年，路易斯返回了新奥尔良，向一个年轻记者马洛伊（克里斯琴·斯莱特 饰）讲述了自己的经历，讲述了吸血鬼长生不死背后的哀伤，不料，马洛伊在听完之后却被深深地吸引，一个新的吸血鬼的故事，将由此开始。

飓风正在侵袭美国新奥尔良，一位病危的老妇睁开了她的睡眼。老妇名叫戴茜（凯特·布兰切特饰），她叫女儿凯若琳（朱莉娅•奥蒙德饰）为她阅读一本日记。这本日记的作者叫本杰明•巴顿（布拉德•皮特饰）。本杰明出生在第一次世界大战停战之时，但生来便像个老人的他被父亲当作怪物，被遗弃在了养老院。本杰明在养老院与老人们一起生活。但谁都没有想到，本杰明逆向发育——越活越年轻！也许“越活越年轻”是某些人的梦想，但真正这样成长的本杰明却有了别人无法理解的烦恼与快乐。穿越半世纪的世界变革，本杰明身处其中，感受别人感受不到的感受。
为何母亲会让自己念这本日记？本杰明•巴顿此人与母亲有什么关系？凯若琳陷入了深深的疑惑与好奇之中。