1959年11月15日，美国堪萨斯州的一座小镇里发生了一起血案，一个四口之家被残忍杀害。案件震惊了整个美国，举国上下都在关注这起血案的侦破。作家杜鲁门·卡波特受《纽约客》杂志之托，到堪萨斯写报道整个案件的纪实文章。就这样，卡波特与助手哈泊开始了他们细心的调查，意图从当地人身上找出藏在这起谋杀案背后的故事。很快，卡波特被他所调查出来的真相惊出一身冷汗，他突然发现自己已经与杀人犯之一佩里·史密斯建立了深刻的友谊。
从第一次看到史密斯开始，卡波特就敏感地察觉到面前的这个人有不简单的故事。因为他们有着相似的童年经历。看见佩里·史密斯，就象卡波特对他长年的助手兼好友哈珀·李所承认的那样：他和史密斯是在同一个房子里长大的孩子，只不过他有机会从前门出去，而年轻的史密斯却只能选择后门，然而一直沉堕到底。在面对杀人犯史密斯的时候，卡波特流露出他最真实的人生背面：曾经面临过的被遗弃、被嫌恶的内心的恐慌，儿时经历所造成的孤独和脆弱可能导致的万劫不复。他在与史密斯交谈的过程中，清楚的意识到从来没有得到过他人关爱的对方在变成冷血的杀人者之前，很早就被社会遗弃。这一点，让他对史密斯产生了深深的同情。
卡波特是异常矛盾的。他既渴望把史密斯的人生写成一本成功的小说，同时又由于史密斯和他相似的童年经历而生出对后者的同情。史密斯因为得知书名被取为《冷血》而感觉受到了卡波特的背叛，而卡波特尽管用安慰的话来说服他继续帮助自己写完书，却最终拒绝为史密斯再次上诉以取消绞刑。
随着卡波特的书接近完成，行刑的日子越来越近，卡波特才意识到，所经历的这一切将永远改变自己，走上一条前所未有的道路……
