Dans les années vingt à Chicago, Roxie Hart (Renée Zellweger), une chanteuse de jazz qui rêve de célébrité, est accusée du meurtre de son amant et envoyée en prison. Derrière les barreaux, elle fait la rencontre de Velma Kelly (Catherine Zeta-Jones), une autre chanteuse condamnée pour avoir tué son mari. Le très populaire avocat Billy Flynn (Richard Gere) va plaider leur cause et attirer l'attention des médias sur ces deux jeunes femmes. Roxie devient en peu de temps une véritable star à Chicago, tandis que Velma va tenter de lui ravir sa place.