Actiunea din The Black Dahlia este situata in Los Angeles-ul anilor 1940. Doi politisti, Bucky Bleichert (Josh Hartnett) si partenerul sau, Lee Blanchard, investigheaza moartea tinerei Elizabeth Short, gasita asasinata in mod brutal. Bucky realizeaza ca iubita lui are anumite conexiuni cu decedata, si curand dupa aceasta, incepe sa descopere cazuri de coruptie si comploturi in cadrul departamentului de politie.