Christian es un joven poeta burgués que decide dejar la casa de sus padres para mudarse a Montmatre: en ese barrio se cuece lo mejor de la Bohemia romántica y él quiere vivirlo de cerca. Christian conoce allí a un grupo de artistas y personajes singulares que le descubrirán los secretos de la noche parisina y de su principal centro de reuniones, el Moulin Rouge.

La principal estrella del Moulin Rouge es Satine, la cortesana más deseada del local. En ella confía Zidler, el empresario del cabaret, para cumplir su sueño de construir su propio teatro. El proyecto de Zidler necesita un patrocinador de la talla del duque de Monroth, pero el duque quiere disponer en exclusiva de los favores de Satine a cambio de su financiación.

Satine, que en el fondo quiere ser actriz, está de acuerdo con ese intercambio porque cree que el duque puede ayudarle en su carrera. Hasta que conoce a Christian, que la convierte en su musa, y ambos se enamoran...