パリ、1900年。作家を目指してモンマルトルにやってきた青年クリスチャン(ユアン・マクレガー)は、ショーの台本を代理で担当することになったナイトクラブムーラン・ルージュの高級娼婦サティーン(ニコール・キッドマン)に恋をする。女優になるためにパトロンを探していたサティーンは、クリスチャンを公爵だと勘違いしてベッドに誘い込もうとするが、詩を口ずさむ彼に本気で恋してしまう。クリスチャンが貧乏作家だと知っても、もはや恋の炎は消えなかった。作家と女優の関係を装いつつ愛し合う二人だったが、ムーラン・ルージュのオーナーのジドラー(ジム・ブロードベント)にキスの現場を見られてしまい、サティーンは資産家の公爵(リチャード・ロクスボロウ)のもとへ行くように命じられる。