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.
Los destinos de Mia y Sebastian se cruzarán y la pareja descubrirá el amor, un vínculo que hará florecer y luego poner en jaque las aspiraciones de ambos. 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.