Basin City, surnommée Sin City, est une mégapole corrompue jusqu'à la moelle où la violence est la seule loi et où les innocents sont des espèces en voie de disparition. Le film entrelace trois histoires indépendantes mais liées par l'atmosphère de la ville : Hartigan, un flic mourant qui tente de sauver une fillette des griffes d'un monstre ; Marv, une montagne de muscles qui cherche à venger la mort de la seule femme qui l'ait jamais aimé ; et Dwight, un homme traqué qui tente de protéger les prostituées du quartier chaud contre la mafia et la police corrompue.