1899年、パリ。貧しい青年作家クリスチャンはナイトクラブ“ムーラン・ルージュ”に仲間と潜り込むが、一番人気の踊り子で上流階級相手の高級売春婦のサティーンと恋に落ちる。サティーンの機転で、クリスチャンは彼女が主演する新作舞台の台本を書くことになる。一方、資金繰りに困ったムーラン・ルージュのオーナーのジドラーは、資産家ウースター公爵から資金を引き出そうと、サティーンに彼の愛人になるよう強要する。
「セイ・エニシング」「ザ・エージェント」のキャメロン・クロウ監督が自身の体験を基に、ブレイク寸前のロックバンドのツアーの同行取材を任された15歳の少年の姿を描いた青春音楽ムービー。15歳の少年ウィリアムは伝説的なロック・ライターに自分の記事が気に入られ、ローリングストーン誌の仕事をもらう。さっそく取材で楽屋を訪れた彼は、グルーピーの中にいたペニー・レインに一目惚れする。