París, al voltant de 1900. El món ha estat conquerit per la revolució de Bohèmia. Satine, l'estrella més rutilant del Moulin Rouge, enlluerna tota la ciutat amb els seus balls plens de sensualitat i la seva enorme bellesa. Atrapada entre l'amor de Christian, un jove escriptor, i l'obsessió del duc, lluita per fer realitat el seu somni de convertir-se en actriu. Però, en un món on val tot excepte enamorar-se, res no és fàcil.

Després de la Segona Guerra Mundial, Jerry Mulligan decideix establir-se a París per guanyar-se la vida com a pintor. Viu de lloguer en un pis minúscul de Montmartre i té com a veí i amic l'Adam, un pianista sense feina que malviu d'una beca. Mentre exposa els quadres al carrer, en Jerry té la sort de conèixer la Milo, una milionària nord-americana que s'ofereix a promocionar la seva carrera. Més interessada en Jerry que en la pintura, el convida a sortir a un club de jazz. Allà en Jerry trobarà la jove i encantadora Lisa, de qui quedarà captivat.

Un centenar de ballarins i ballarines han de fer unes proves a l'escenari d'un teatre per demostrar si són aptes per a la comèdia musical que prepara el prestigiós i estricte Zach. De manera implacable es va desenvolupant la selecció fins que només quedin els elegits. Entre les candidates hi ha Cassie, que va ser l'amant de Zach i que el va deixar per provar sort a Hollywood. Només vuit artistes superaran aquesta despietada competició.