A loira Betty Elms acaba de chegar a Hollywood para se tornar uma estrela de cinema quando conhece uma morena enigmática com amnésia. Enquanto tentam descobrir a identidade da mulher, o cineasta Adam Kesher enfrenta problemas sinistros durante o processo de escolha de elenco para seu último projeto.

Inicialmente criado como episódio piloto, apenas para ser transformado em um longa, Cidade dos Sonhos é um fenômeno de fantasias de Hollywood, emoções barrocas e cenas oníricas noir. A caixa de enigmas surrealista de David Lynch revela uma história encantadora de amor e vingança na Cidade dos Anjos.