银幕亮起，一部《乐一通》风格的卡通片《我与我的影子》率先登场。画面中，亚瑟·弗莱克（华金·菲尼克斯饰）正陶醉于自己作为"小丑"获得的新崇拜。直播表演前，他回到化妆间，影子突然活了过来，企图夺取他的身份。影子代替亚瑟登台表演，最终又与他合二为一。随后警察冲进来，将亚瑟打得神志不清。
在直播节目中谋杀默里·富兰克林，以及地铁上的三名男子和前同事兰德尔后，亚瑟已在阿卡姆疯人院度过了两年时光。他经常遭受狱警虐待，尤其是变态的杰基·沙利文（布莱丹·格里森饰）。亚瑟会见了律师玛丽安·斯图尔特（凯瑟琳·基纳饰）和社会工作者黛布拉·凯恩（莎朗·华盛顿饰）。他们认为亚瑟患有人格分裂症，"小丑"才是真正的凶手。亚瑟的罪行被拍成电视电影，他因此收获了一批追随者，包括同为病人的哈琳·"李"·奎泽尔（Lady Gaga饰）。
在一次音乐治疗中，亚瑟与李互生情愫。他主动接近她，李坦言自己因纵火烧毁父母公寓而入狱。两人病态的幽默感不谋而合，李表示自从目睹亚瑟在节目中杀死默里后，就对他产生了兴趣。众人观看新闻时，地区检察官哈维·丹特（哈里·劳蒂饰）正试图以谋杀罪起诉亚瑟，并寻求死刑判决。当被问及感受时，亚瑟因对李的新恋情而幻想自己唱起《一生一次》。
病人们集体观看《娱乐至上》时，李突然纵火。火势迅速蔓延，人群四散奔逃。李径直走向亚瑟献上热吻，哼唱着主题曲与他逃向阿卡姆大门，就在即将成功时被守卫抓回。亚瑟被关进禁闭室疯狂大笑，幻想着与李在屋顶共舞。
亚瑟醒来发现李出现在牢房。她告知因与他的关系将被遣送回家，承诺会出席每场庭审并等他出狱。李为亚瑟画上标志性的小丑妆容，两人首次发生了关系。
次日，玛丽安陪同亚瑟参加帕迪·迈尔斯（史蒂夫·库根饰）的电视访谈。帕迪试图引出"小丑"，而玛丽安坚持只称其本名。当帕迪追问谋杀细节时，亚瑟强调应该讨论自己的改变。提到亚瑟与李的浪漫逃亡时，亚瑟突然唱起《迷惑》，整个阿卡姆都在观看。街头的李砸碎电视店橱窗，偷走一台小电视。
庭审当日，数百名"粉丝"聚集法院外。刘维克多医生（肯·梁饰）作证称亚瑟伪装精神疾病，实为自主犯罪，但仍是个有创伤史的极端患者。玛丽安为亚瑟辩护后，李指责他们刻意阻挠二人接触。玛丽安警告亚瑟：李关于贫困身世的陈述全是谎言——她实际住在富人区，拥有心理学学位。亚瑟却陷入新的音乐幻想：李朝小丑腹部开枪。
李探监时，亚瑟质问欺骗真相。她反咬玛丽安才是操纵者，并宣布怀孕喜讯。亚瑟欣喜若狂。
庭审传唤了亚瑟曾迷恋的邻居索菲·杜蒙（莎姬·贝兹饰）。她描述与亚瑟的恐怖接触，以及来自其追随者和媒体的骚扰。索菲还提及亚瑟母亲潘妮曾谈论他失败的喜剧梦想。亚瑟幻想中袭击陪审团后饮弹自尽，现实中却突然解雇玛丽安选择自辩，引发支持者欢呼。回到阿卡姆时，病人们高唱《圣徒进行曲》激怒了狱警。
法官罗斯瓦克斯（比尔·斯米托洛维奇饰）勉强允许化妆成小丑的亚瑟自辩。前同事加里·帕德斯（利·吉尔饰）作证目睹亚瑟残杀兰德尔，坦言亚瑟曾是唯一善待他的人。亚瑟激情控诉压迫者，宣称作为小丑才感到自由。
当晚亚瑟遭杰基等三名狱警殴打强奸。年轻追随者瑞奇·梅林（雅各布·洛夫兰饰）为他歌唱时，被杰基扼喉致死。亚瑟隔墙听见了一切。
结案陈词时，亚瑟突然承认厌倦了小丑身份，坦白自己只是个可悲的厌世者，并供认窒息生母的罪行。李等追随者愤然离席。亚瑟给李留下最后一首歌的语音。
宣判有罪后，亚瑟的狂笑引发骚乱。汽车炸弹炸毁法庭，烧毁丹特半张脸。两名追随者驾车救走亚瑟，途中他逃回旧公寓遇见李。试图挽回时，李坦言只爱幻想中的小丑，唱着歌诀别离去。
重返阿卡姆的亚瑟被追随者康纳·斯托里（康纳·斯托里饰）捅伤腹部，临死前与李在幻境中共舞。凶手用刀在脸上刻出永恒笑容——新一代小丑诞生了。
癫狂与爱情的二重奏在此戛然而止。当偶像崩塌时，疯狂的信徒需要的从不是真实的灵魂，而是一个可供崇拜的符号。亚瑟用死亡终于明白：这世界爱的从来不是他，而是那个戴着油彩面具的幻影。