Alors qu'une jeune femme est accusée d'avoir menti au sujet d'un viol, deux policières enquêtent sur une vague d'agressions similaires. Inspiré d'une histoire vraie.

Dans le Texas des années 1920, Clyde Barrow, qui a déjà eu quelques problèmes avec la justice, tombe amoureux de Bonnie Parker, jeune femme qui vient d'épouser un homme qui la délaisse rapidement. Elle rêve de devenir actrice et de connaître la célébrité. Mais sa carrière ne décolle pas. Elle se laisse séduire par Clyde, avec qui elle ne tarde pas à tomber dans la délinquance, grisée par l'idée de voir son nom dans les journaux.