Trois histoires se déroulant à Sin City, une ville où règne la dépravation et la violence. Après avoir trouvé le cadavre de la jeune femme avec qui il vient de passer la nuit, le colosse Marv, un ancien détenu, se lance à la poursuite de l'assassin et affronte son plus redoutable ennemi en la personne d'un adolescent sadique et cannibale.
Sept ans après avoir sauvé une jeune fille des griffes d'un pédophile, le policier à la retraite Hartigan revient pour la protéger de son ancien ravisseur. Témoin du meurtre accidentel d'un détective renégat dans un quartier malfamé, le jeune Dwight entreprend de faire disparaître le cadavre afin d'éviter aux prostituées de la ville une confrontation fatale avec les forces de l'ordre.