Al KadiÈs Bar di Sin City si incrociano le strade di sei personaggi assetati di vendetta. Un giovane e presuntuoso giocatore d'azzardo, Johnny (Joseph Gordon-Levitt), sfida e sconfigge più volte il perfido Senatore Roark (Powers Boothe) suscitando la sua ira e le sue minacce. La bella Nancy (Jessica Alba) - la cui vita è precipitata nel baratro dopo la morte dell'amato Hartigan (Bruce Willis) - al KadiÈs Bar fa la spogliarellista e proprio su quel palco matura il desiderio di vendicare il suo uomo con l'aiuto di Marv (Mickey Rourke). Ma soprattutto per Dwight (Josh Brolin) il bar della "città del peccato" ha un grande significato: dopo anni, rivede lì Ava (Eva Green), la femme fatale per cui aveva perso la testa e il cuore. Pentita per averlo fatto soffrire, Ava gli chiede aiuto per liberarsi dai soprusi del marito milionario. Ma è davvero una donna per cui uccidere?
Desideri e passioni infiammano gli animi degli abitanti di Sin City. Per le vie della città disegnata da Frank Miller prendono vita spettacolari scontri mai visti prima…