L'action se déroule en 1880, à Big Whiskey, une petite ville du Wyoming. Delilah, une prostituée, est défigurée au couteau par un client ivre pour avoir ri de la taille de son pénis. Le shérif de la ville, « Little Bill » Daggett, un ancien tueur qui fait régner l'ordre dans la ville, impose au coupable une amende de sept chevaux à verser au proxénète. Les prostituées de la maison close, indignées par la clémence du shérif, réunissent mille dollars et les promettent à quiconque tuera le coupable et son complice.

Loin de là, dans une ferme isolée, William Munny, tueur repenti à la sinistre réputation, élève seul son fils et sa fille et tente d'assurer leur quotidien depuis la mort de sa femme Claudia. Claudia est morte de la petite vérole deux ans auparavant et a sauvé son mari de l'alcool et de sa vie violente. Quand le Kid de Schofield, apprenti-tueur aussi myope qu'inexpérimenté, lui propose de s'associer pour emporter la récompense, Munny, dans un premier temps, refuse. Mais, ayant besoin de cet argent, il reprend sa carabine et son six-coups pour rejoindre le Kid. En chemin, il convainc son ami et ancien comparse Ned Logan de le suivre dans l'affaire. Logan, autrefois très habile avec sa Spencer et qui connaît toutes les atrocités qu'a perpétrées Munny, est devenu un paisible fermier. Sous le regard désapprobateur de la femme de Logan, ils partent, rattrapent le Kid de Schofield et s'associent avec lui, tout en remarquant très vite ses faibles capacités.

Pendant ce temps, Daggett, qui a pris connaissance de la récompense offerte, tient à maintenir le calme dans la ville où il a interdit les armes : quand arrive English Bob, célèbre tueur attiré par la récompense et accompagné de son biographe W.W. Beauchamp, le shérif lui confisque ses armes, le roue de coups, l'emprisonne puis le chasse de la ville, non sans l'avoir, plus grave encore, humilié devant son biographe devant assurer sa célébrité. La démonstration brutale de Daggett rassure la population et jette les prostituées dans la consternation.

Malade, Munny arrive à Big Whiskey de nuit, sous la pluie, et, accompagné de Logan et du Kid, s'arrête au saloon. Alerté de la venue d'étrangers, Daggett désarme Munny et le tabasse devant tous. Munny, qui n'a opposé aucune résistance, parvient à sortir du saloon en rampant car Daggett, faute de savoir qui il est vraiment, l'a épargné. Alité pendant trois jours, Munny est soigné et nourri par Delilah dans une grange éloignée de la ville.

Avec Logan et le Kid, qui ont réussi à s'esquiver pendant que Daggett rossait Munny, les trois tueurs partent à la recherche de Davey, le complice du cow-boy ivre. Ils le trouvent pendant qu'il travaille et Logan le blesse sans le tuer car il n'est plus aussi infaillible qu'autrefois. Munny, qui a repris la carabine de Logan paralysé par l'émotion, l'atteint mortellement au ventre, et assiste à son agonie pathétique.

Mais Logan, qui décidément n'a plus la vocation, rompt l'association et, renonçant à sa part, retourne chez lui vers le Sud. Malheureusement, il est capturé par les hommes du shérif, qui, pour retrouver ses complices, le torture à la mort. Pendant ce temps le Kid de Schofield parvient à tuer péniblement et sans gloire l'agresseur de Delilah, puis s'enfuit avec Munny. Le contrat est donc accompli et Munny, en recevant l'argent, apprend les circonstances de la mort de Logan, dont le cercueil ouvert est exposé sur la façade du saloon.

Le Kid, choqué par la mort des cow-boys, renonce à la récompense, craignant même que Munny ne l'abatte. Mais Munny le rassure et le renvoie avec l'argent porter la part de Logan à sa veuve. Précédé par sa réputation (avant de mourir, Logan a dit qu'il s'agissait du très connu « Will Munny du Missouri ») et rattrapé par ses démons, Munny retourne en ville venger Logan. Par une nuit d'orage, il débarque inopinément dans le saloon où Daggett et les autres fêtent leur victoire et préparent la chasse à ses complices. Il abat froidement son propriétaire. Lucide sur son passé, Munny dit de lui-même : « J'ai tué des femmes et des enfants. J'ai tué à peu près tout ce qui marche ou rampe, à un moment ou à un autre ». Il abat alors Daggett (le seul à ne pas avoir eu peur et qui a proposé à ses hommes l'unique stratégie susceptible de leur donner la victoire) et tous les présents. Seul le biographe, qui n'était pas armé, survit.

Daggett, grièvement blessé, essaie d'abattre Munny, en vain. Ce dernier pointe un fusil sur la tête du shérif et l'achève sans remords. « Je ne mérite pas cela » dit Dagett à Munny. « Le mérite n'a rien à voir avec ça », répond Munny.

Sous l'oeil apeuré des derniers hommes du shérif qui n'osent lui tirer dessus, Munny sort du saloon et, suivi par le regard admiratif mais également terrorisé de ses employeuses, quitte Big Whiskey sous la pluie et le grondement du tonnerre après avoir proféré l'ordre d'enterrer Logan le plus dignement possible et de laisser les prostituées tranquilles (Munny menace clairement les habitants de Big Whiskey « Si vous faites encore du mal aux putains je reviendrai et je vous tuerai tous ».