"Black Dahlia" erfindet eine Geschichte von Leidenschaft, Liebe, Korruption, Habgier und Laster, beruft sich dabei aber auf den wahren und bis heute nicht aufgeklärten Fall eines hoffnungsvollen Hollywood-Starlets, dessen brutale Ermordung 1947 ganz Amerika schockierte und faszinierte.

Zwei Cops, die Ex-Boxer Lee Blanchard und Bucky Bleichert, untersuchen den Mord an der ehrgeizigen B-Film-Aktrice Betty Ann Short alias "Schwarze Dahlie" – das Verbrechen wurde derart grausig ausgeführt, dass die Fotos vom Tatort unter Verschluss bleiben.

Während Blanchard sich so intensiv in den Sensationsfall verbeißt, dass seine Beziehung zu Kay darunter leidet, fühlt sich sein Partner Bleichert von der rätselhaften Madeleine Linscott angezogen: Sie stammt aus einer sehr prominenten Familie und hatte zufällig ein anstößiges Verhältnis mit der Ermordeten.