Le vétéran Joe Gavilan et la jeune recrue K.C. Calden sont deux flics du Los Angeles Police Department. Le premier, aux méthodes peu orthodoxes, est le père de deux enfants mais a divorcé trois fois, tandis que le second enseigne le yoga durant son temps libre. Tous deux vont enquêter sur une sombre affaire de meurtre dans l'industrie du disque.
C'est en réalisant le long métrage Dark Blue que le cinéaste Ron Shelton a imaginé l'histoire d'Hollywood Homicide avec son scénariste Robert Souza, ex-enquêteur de la brigade des homicides d'Hollywood et véritable mine d'anecdotes. Ainsi, ce qui peut paraître totalement invraisemblable à l'écran est en fait bien souvent inspiré de faits réels. Epaulés par les comédiens Harrisson Ford et Josh Hartnett, le metteur en scène dévoile les aspects les plus inattendus et les plus croustillants d'Hollywood dans un thriller sarcastique et rythmé, qui flirte souvent avec la pure comédie. Hollywood oblige, on aura en plus droit à un défilé d'apparitions prestigieuses, de Robert Wagner à Gladys Knight en passant par Eric Idle ou encore Smokey Robinson.