Babylon, il film diretto da Damien Chazelle, ci porta nella Los Angeles degli anni 20 del Novecento. È l'Epoca d'Oro di Hollywood, regno della sregolatezza, dell'esuberanza e delle folli ambizioni ma è anche un momento cruciale per l'industria cinematografica, con il passaggio dai film muti a quelli sonori. Una rivoluzione che segnerà l'ascesa di nuove stelle e la rovina di vecchie glorie.
Seguiamo le vicende personali e professionali dei quattro protagonisti principali: Manny Torres (Diego Calva), un aspirante attore ispano-americano, che all'inizio si deve accontentare di un lavoro di assistente sul set, Jack Conrad (Brad Pitt), un famoso attore, tra i più pagati a Hollywood, noto per la sua vita privata sregolata, tra feste, divorzi e affari pochi chiari, preoccupato dall'arrivo dal sonoro, che rischia di stroncargli la carriera.
C'è poi la conturbante ma insicura Nellie LaRoy (Margot Robbie), destinata a diventare una stella dall'oggi all'indomani. Per lei la vita dovrebbe essere un party senza fine.
Il quarto protagonista principale di questa storia è Sidney Palmer (Jovan Adepo) un giovane trombettista jazz che ha l'opportunità di iniziare una carriera nel cinema.
Intorno a loro ruotano diversi personaggi, da Elinor St. John (Jean Smart), giornalista specializzata in cronaca scandalistica senza peli sulla lingua, a James McKay (Tobey Maguire) un gangster tossicodipendente in cerca di gloria, da Fay Zhu (Li Jun Li), attrice e cantante spesso protagonista delle sfavillanti serate hollywoodiane, a Irving Thalberg (Max Minghella), uno dei più noti produttori cinematografici degli anni 20 e 30, unico personaggio del film realmente esistito.