Mia (Emma Stone) es una de las muchas aspirantes a actriz que viven en Los Angeles en busca del sueño hollywoodiense, se gana la vida como camarera mientras se presenta a montones de pruebas de casting. Sebastian (Ryan Gosling) es un pianista que vive de las actuaciones de segunda que le salen, y su sueño es regentar su propio club donde rendir tributo al jazz más puro. En una competición constante por buscar un hueco en el mundo del espectáculo, la pareja descubrirá que el equilibrio entre el amor y el arte puede ser el mayor obstáculo de todos.