Don Lockwood e Lina Lamont são dois dos astros mais famosos do cinema mudo em Hollywood e as revistas apostam num relacionamento mais íntimo entre eles. Mas a chegada do cinema falado vai ameaçá-los com o esquecimento. Decididos a produzir um filme falado, Don e Lina têm de superar as dificuldades do novo método de fazer cinema para conseguir manter a fama.

Paris de 1899. Christian, um jovem com sonhos de ser poeta, desafia o seu pai quando passa a frequentar o submundo da cidade, precisamente o tradicional clube parisiense Moulin Rouge. Neste glamoroso refúgio de sexo e drogas, o inocente poeta conhece e apaixona-se por Satine, a grande estrela do clube e a cortesã mais famosa da cidade, com quem vive um trágico caso de amor.

Ao longo de dois dias "típicos" na vida dos Beatles, os rapazes lutam para se manterem a si próprios e ao travesso avô de Sir Paul McCartney, enquanto se preparam para uma atuação em direto na televisão.

Duas dançarinas, Lorelei e Dorothy, embarcam num cruzeiro rumo a Paris, a convite do noivo de Lorelei, que é um milionário. O pai do noivo contrata um detetive para seguí-las e conseguir provas de infidelidade da futura nora. Em consequência, criam-se uma série de confusões em alto-mar.

Velma Kelly (Catherine Zeta-Jones) é uma famosa dançarina que é também a principal atração da boate onde trabalha. Após matar seu marido, Velma entra em uma seleta lista de assassinas de Chicago, a qual é controlada por Billy Flynn (Richard Gere), um advogado que busca sempre se aproveitar ao máximo da situação. Ao contrário do se esperava, o assassinato faz com que a fama de Velma cresça ainda mais, tornando-a uma verdadeira celebridade do showbizz. Enquanto isso a aspirante a cantora Roxie Hart (Renée Zellweger) sonha com um mundo de glamour e fama, até que mata seu namorado após uma briga. Billy fica sabendo do crime e decide adiar ao máximo o julgamento de Velma, de forma a poder explorar os dois assassinatos ao máximo nos jornais. Assim como ocorreu com Velma, Roxie também se torna uma estrela por causa de seu crime cometido, iniciando uma disputa entre as duas pelo posto de maior celebridade do meio artístico.