El señor Smith (Clive Owen), un misterioso y solitario pistolero, desbarata involuntariamente un extraño complot, cuando rescata a un bebé de una muerte segura. Para alimentar a su pequeño protegido, contrata a una prostituta (Monica Bellucci). Desde ese momento los dos se convierten en el objetivo de un peligroso mafioso (Paul Giamatti), que enviará a sus sicarios para eliminar al niño.

Bienvenidos a Sin City, ciudad de policías corruptos, atractivas damas y vigilantes desesperados. Algunos están buscando venganza, algunos redención, y otros, ambas cosas. Un universo de héroes inverosímiles que intentan hacer lo correcto. Sin City es una ciudad que vive entre la luz y la oscuridad, llena de personajes singulares. Está por ejemplo Marv (Mickey Rourke), un superviviente que busca vengar la muerte de su único amor. También está Dwight (Clive Owen), un investigador privado que intenta dejar sus problemas atrás. Después de que un policía sea asesinado, Dwight no parará ante nada para proteger a sus amigos. Finalmente, está la historia de Hartigan (Bruce Willis), el último policía honesto de Sin City, que va tras la pista de una joven en manos del sádico hijo de un senador... con resultados inesperados.