En las sórdidas calles de Sin City, un hombre busca venganza. Dwight (Josh Brolin) trata de ajustar cuentas con la misteriosa Ava Lord (Eva Green), la letal mujer que le traicionó. Nancy intenta superar la muerte de Hartigan, y Johny tiene una peligrosa misión: acabar con el mayor villano de Sin City. En su propósito, conocerá a la joven stripper Marcy (Julia Garner).

Dom Cobb es un ladrón de secretos que se sumerge en los sueños de otros para extraer información. Para redimirse, debe implantar una idea en lugar de extraerla. En un viaje de sueños dentro de sueños, lucha por la redención mientras se enfrenta a sus propios demonios.