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好莱坞的穆赫兰道上，一个名叫丽塔的女人遇上了一场车祸。车祸中的另外两个看上去显然不怎么正经的男人当场丧命，而丽塔则幸运地死里逃生。但是她完全失忆了，甚至连自己的名字也无法记起。她从车里爬出来，跌跌撞撞地来到一座公寓，藏身于公寓外的灌木丛中……
天亮了，丹尼餐馆，警察丹跟同事赫伯说起了他的恶梦，梦境中出现了这家餐馆。
不祥的预感使丹跟赫伯非常恐慌。他们仓皇地逃进邻近的小巷中，但梦中景象突然出现……
立志要做演员的金发女孩贝蒂抱着梦想来到洛杉矶，与她同机的一对老夫妇笑容古怪，她借住在外出的鲁丝姨妈的公寓。贝蒂惊讶地发现房间里竟有一个陌生的失忆女人，她称自己为丽塔，这个黑发女人的皮包里有大量的现金和一把神秘的蓝钥匙……
好莱坞电影制片厂的办公室，一群行为怪异的人在开会，鲁奇与文森诺·卡斯格林兄弟代表电影寡头在给经纪人罗伯特施加压力，目的是启用一个女演员，他们对导演亚当·凯歇尔的意见不屑一顾，亚当为了泄愤砸了鲁奇的车，气愤地回家。更为倒霉的是他发现妻子竟然泰然自若的和强壮的清洁工同床共枕，而且他们粗暴地把他赶出了家门……
国王般怪异的电影寡头用肮脏的电话和电话线操控着一切，为了使亚当就范不惜使用一切手段，包括解散剧组，冻结亚当的信用卡……
贝蒂决定帮助丽塔找回记忆，同时她们发现有杀手在寻找丽塔。在丹尼餐馆，丽塔记忆起穆荷兰道，在看了服务生的胸牌后想起了一个名字“戴安娜”……
贝蒂和丽塔找到了戴安娜在穆荷兰道街区的公寓，她们从窗户进入后，吃惊的发现公寓的床上有一具腐烂的女尸，惊慌失措的丽塔非常害怕，贝蒂被丽塔的柔弱、美丽和神秘感所诱惑，她们发生了同性之爱，做爱后入睡的丽塔在梦中喊着一个词：赛伦西……
丽塔好像想起了什么，在凌晨两点带着贝蒂来到一个叫“赛伦西”的俱乐部，舞台上魔术师和女歌手诡劂的表演让她们战栗不已，表演结束后，她们发现了一只神秘的蓝盒子……
回到家里，丽塔找出蓝钥匙打开了蓝盒子，贝蒂突然不见了，镜头推进到跌落的空空的黑暗的蓝盒子里……
床上一具腐尸，床边一把蓝钥匙……
敲门声，警察丹和赫伯来找“贝蒂”，金发女孩“贝蒂”醒来，原来以上的一切(影片的三分之二)都是“贝蒂”的梦境，她的真名才叫“戴安娜”。她的同性恋人，黑发女子叫“卡米娜”，而“贝蒂”是丹尼餐馆服务生的名字，戴安娜在好莱坞只是一个不得志的小演员，她的同性恋人“卡米娜”却很成功，并且当着她的面与导演亚当和另一个金发美女调情，失魂落魄的戴安娜在家里边哭边自慰。嫉妒驱使戴安娜雇佣杀手杀死卡米娜，杀手告诉戴安娜事情成功后她会发现一把蓝钥匙，戴安娜迷茫地问：能打开什么？杀手不置可否地笑了……
在戴安娜发现蓝钥匙时，绝望让她看见了自己内心的魔鬼，符号就是从蓝盒子里爬出来的那一对笑容古怪的老夫妇，恐惧中她饮弹自尽，姿态与梦中的腐尸(戴安娜)相同。
