Di sebuah rumah mewah di Sunset Boulevard, tubuh Joe Gillis ditemukan mengambang di kolam renang oleh polisi dan fotografer. Melalui kilas balik, Joe sendiri yang menceritakan bagaimana semuanya berakhir tragis.

Enam bulan sebelumnya, Joe hanyalah seorang penulis naskah yang sedang terpuruk. Ia mencoba menarik perhatian Paramount Pictures dengan naskah buatannya, tapi ditolak mentah-mentah oleh pembaca naskah bernama Betty Schaefer yang tanpa sadar menghinanya tepat di depan telinganya sendiri.

Saat Joe berusaha kabur dari petugas yang ingin menyita mobilnya, ia tak sengaja masuk ke halaman rumah besar yang tampak kosong. Di sanalah ia bertemu Norma Desmond, bintang film bisu legendaris yang kini hidup dalam kesepian dan bayang-bayang masa lalu.

Mengetahui Joe seorang penulis, Norma memintanya membaca naskah film tentang tokoh Salome yang ia tulis sendiri, dan berencana memerankannya sebagai tanda comeback-nya ke dunia perfilman. Meskipun Joe menganggap naskah itu buruk, ia berpura-pura memuji agar bisa mendapat pekerjaan darinya.

Atas desakan Norma, Joe akhirnya tinggal di rumah megah itu. Di sana, ia menyadari bahwa Norma menolak menerima kenyataan bahwa ketenarannya telah lama pudar.

Max, kepala pelayannya, bahkan diam-diam menulis semua surat penggemar palsu agar Norma tetap percaya bahwa ia masih dicintai publik. Saat pesta Tahun Baru, Joe menyadari bahwa Norma mulai jatuh cinta padanya.

Namun, apakah Joe benar- benar mencintai Norma, atau hanya terjebak dalam pesona suram sang bintang yang tak mau padam? Dan bagaimana kisah cinta yang penuh ilusi ini bisa berakhir dengan tragedi di kolam renang?