無法の街「シン・シティ」。この街のストリップバー「ケイディ」で踊るダンサーのナンシー（ジェシカ・アルバ）は、かつて彼女を上院議員の息子の毒牙から守るために死んだハーディガン（ブルース・ウィリス）の復讐の為に、上院議員ロアークの命を狙っている。マーヴ（ミッキー・ローク）は、「ケイディ」の用心棒として店を守っていた。店に来たドワイト（ジョシュ・ブローリン）の元に、かつての恋人で、彼を裏切って捨てたエヴァ（エヴァ・グリーン ）が会いにきた。そして街の有力者とポーカーを楽しむロアークの前に、流れ者のギャンブラー・ジョニー（ジョセフ・ゴードン・レヴィット）が勝負を挑みに来る。