Mia (Emma Stone) droomt ervan actrice te worden in Hollywood. Tussen het serveren van koffie door rent ze van de ene auditie naar de andere. Jazzmuzikant Sebastian (Ryan Gosling) speelt piano in sjofele clubs om de eindjes aan elkaar te knopen en droomt van een eigen jazzclub. Voor beiden lijkt het leven waar ze op hopen ver weg.

Het lot brengt deze dromers samen, maar is hun liefde bestand tegen de verleidingen en de teleurstellingen van het hectische leven in Hollywood?