Los Angeles. Harry Lockhart est un gangster sans grande envergure. Alors qu'il fuit la police, il se retrouve au beau milieu d'un casting organisé pour attribuer le rôle d'un détective privé dans un film policier hollywoodien. Contre toute attente, sur un malentendu, il est choisi pour tenir le rôle. Pour se préparer au mieux et se glisser dans la peau d'un privé, il fait équipe avec Gay Perry, un détective qui lui a été présenté lors d'une soirée hollywoodienne. Les deux hommes se retrouvent sur une mystérieuse affaire de meurtre. Les choses se compliquent avec l'intervention d'une aspirante actrice, Harmony, qui veut retrouver sa soeur.