Munich, 1955. Robert Krohn, journaliste sportif, fait la connaissance de Veronika Voss, une star déchue du cinéma des années 40. Son comportement étrange intrigue Robert. Alors qu'il veut en savoir plus, il apprend que Veronika vit chez son amie neurologue, Marianne Katz. La praticienne drogue ses patients à la morphine, crée chez eux une accoutumance et leur fait signer un testament en sa faveur puis les pousse au suicide. Robert, avec l'aide de son amie Henriette, tente de mettre fin à ces activités meurtrières. La jeune femme se fait passer pour une riche dépressive et obtient vite une ordonnance lui prescrivant de la morphine...