Black Dalia racconta una storia di ossessione, amore, corruzione, avidità e depravazione basata sul brutale omicidio di una starlet di Hollywood nel 1947, che colpì e commosse la nazione in quegli anni e resta tutt’oggi irrisolto. Due poliziotti ex-pugili, Lee Blanchard e Bucky Bleichert, sono incaricati ad indagare sull’omicidio dell’ambiziosa attricetta Betty Ann Short detta “Black dalia”, un crimine cos’ orrendo che non ne vennero mai mostrate le immagini al pubblico. Mentre la relazione di Blanchard con Kay viene messa in difficoltà dal crescente impegno dell’agente nelle indagini, il suo partner Bleichert finds si scopre attratto sempre più dalla enigmatica Madeleine Linscott, figlia di uno degli uomini più importanti della città, che si scopre avere un oscuro legame con la vittima.