Melissa George

Mulholland Drive - Straße der Finsternis

Betty Elms/Diane Selwyn - Naomi Watts

Rita/Camilla Rhodes - Laura Harring

Adam Kesher - Justin Theroux

Catherine "Coco" Lenoix - Ann Miller

Joe Messing - Mark Pellegrino

Det. Harry McKnight - Robert Forster

Det. Neal Domgaard - Brent Briscoe

Vincenzo Castigliane - Dan Hedaya

Luigi Castigliane - Angelo Badalamenti

Mr. Roque - Michael J. Anderson

Lorraine Kesher - Lori Heuring

Lorraines Liebhaber - Billy Ray Cyrus

Camilla Rhodes - Melissa George

Wally Brown - James Karen

Jimmy "Woody" Katz - Chad Everett

Laney - Rena Riffel

Dan - Patrick Fischler

Louise Bonner - Lee Grant

Irene - Jeanne Bates

Ausgehend von den sich ändernden Identitäten der meisten Figuren, lässt sich der Film in zwei Teile gliedern, von denen der erste Teil mehr als vier Fünftel umfasst und zwar mehrsträngig, aber chronologisch, erzählt wird. Die zwei weiblichen Hauptfiguren – beide um die 30 Jahre alt, die eine dunkelhaarig, die andere blond – kommen durch eine außergewöhnliche Verkettung von Zufällen zusammen.

Eine junge brünette Frau entgeht einem Mordanschlag nur dadurch, dass sie als Einzige einen Autounfall auf dem Mulholland Drive überlebt. Äußerlich nur leicht verletzt, aber desorientiert, schlüpft sie am Morgen danach in einer Wohnung unter, die eine ältere Frau gerade verlässt, offenbar für längere Zeit. Am gleichen Tag quartiert sich deren Nichte Betty Elms dort ein, die mit der Hoffnung auf eine Schauspielkarriere nach Hollywood gekommen ist. Sie ist überrascht von der Anwesenheit der Fremden, die sich Rita nennt, hegt aber keinen Argwohn. Später gesteht „Rita" Betty, dass sie nicht weiß, wer sie wirklich ist. Um ihre Identität zu ermitteln, öffnen die beiden „Ritas" Tasche, finden dort aber statt eines Dokuments nur einen großen Geldbetrag und einen seltsamen blauen Dreikant-Schlüssel.

Bettys Neugier, dem Geheimnis der dunkelhaarigen Frau auf die Spur zu kommen, ist geweckt. Sie entlockt ihr den möglichen Unfallort (Mulholland Drive) und findet denselben durch einen anonymen Anruf bei der Polizei bestätigt. Eine weitere Spur ist „Ritas" Erinnerung an eine „Diane Selwyn", ausgelöst durch eine Kellnerin namens Diane, die sie im Schnellrestaurant Winkie's bedient. Die beiden Frauen finden eine Diane Selwyn im Telefonbuch, erreichen jedoch nur den Anrufbeantworter. Inzwischen sind beide Frauen so miteinander vertraut, dass sie die Szene gemeinsam einstudieren, die Betty für ihr Vorsprechen bekommen hat. Sie spielt sie im entscheidenden Moment völlig anders und hat damit grandiosen Erfolg. Eine anwesende renommierte Casting-Agentin stellt ihr noch Größeres in Aussicht und nimmt sie mit zum Set, um sie dem Regisseur Adam Kesher vorzustellen, bei dem gerade das Casting für die Protagonistin seines Films The Sylvia North Story läuft.

Aus den vorangegangenen Szenen weiß man, dass Adam – die männliche Hauptfigur – nicht nur ein privates Dilemma hat (er ertappt seine Frau bei einem Seitensprung und wird von deren Liebhaber, in einer kleinen Nebenrolle gespielt von Country-Sänger Billy Ray Cyrus, aus dem Haus geworfen), sondern vor allem ein berufliches. Er sieht sich einer Phalanx undurchsichtiger Typen gegenüber (zunächst noch im Beisein seines Managers und Produzenten, dann alleine einem Fremden namens „Cowboy"), die massiven Druck auf ihn ausüben, um die Hauptrolle mit der ihm unbekannten Camilla Rhodes zu besetzen.

Adam und Betty werden aufeinander aufmerksam, doch bevor ein Kontakt zustande kommt, läuft sie, sich an eine Verabredung erinnernd, plötzlich davon. Adam gibt dem ausgeübten Druck nach, indem er noch während Rhodes' Auftritt den verabredeten Satz („Das ist die Richtige") sagt. Betty und „Rita" versuchen, Diane Selwyn in ihrer Wohnung anzutreffen. Als niemand reagiert, steigt Betty durchs Fenster ein. Sie finden die auf dem Bett liegende Leiche einer Frau, die offenbar schon seit Tagen tot ist. Geschockt will „Rita" ihr Äußeres ändern und folgt Bettys Idee, dies durch eine blonde Perücke zu realisieren. In derselben Nacht schlafen sie in einem Bett und werden miteinander intim.

Aus einem Traum gegen zwei Uhr erwachend, besteht „Rita" darauf, in einen Club namens Silencio zu gehen. Von einer Theaterbühne verkündet ein Ansager in verschiedenen Sprachen, alles sei nur Illusion und habe dennoch Wirkung. Das wird sowohl durch die Auftritte bestätigt (eine Sängerin kollabiert, während ihre Stimme weiter zu hören ist) als auch durch die Reaktion beider Frauen. Betty findet in ihrer Tasche eine blaue Box, die offenbar zu „Ritas" Schlüssel passt, den beide zuvor zusammen mit dem Geld im Schlafzimmerschrank ihrer Tante versteckt haben. Zurück in der Wohnung bemerkt „Rita", während sie nach dem Schlüssel sucht, dass Betty plötzlich verschwunden ist. Sie öffnet die Box, die sich als leer entpuppt und hörbar zu Boden fällt. Bettys Tante, die ebenso plötzlich auftaucht, geht dem Geräusch nach, findet aber nichts und niemanden vor. Mit dem nachfolgenden Bild des „Cowboys", der in der Tür zu Diane Selwyns Schlafzimmer erscheint und zu der auf dem Bett liegenden Frau sagt, es sei Zeit, aufzuwachen, endet der erste Teil.

Der zweite Teil des Films beginnt am selben Ort mit Blick auf eine in gleicher Position auf dem Bett liegende, aber anders gekleidete, Frau, die auf ein Klopfen hin aufsteht. Die Frau ist Diane Selwyn, die (gespielt von Watts) Betty äußerlich gleicht. Ihre Nachbarin, mit der sie die Wohnung getauscht hat, teilt ihr mit, die Polizei habe erneut nach ihr gefragt. Wieder allein, fragt Diane halluzinierend: „Camilla, du bist wieder da?", und erlebt angstvoll überrascht die Vision der Frau, die zuvor „Rita" war und im Folgenden Camilla Rhodes ist (nun beide gespielt von Harring). In einer Rückblende (signalisiert u. a. dadurch, dass ein zuvor auf dem Tisch liegender blauer Sicherheitsschlüssel nun verschwunden ist) wird gezeigt, wie Diane darunter leidet, dass Camilla sich ihrer Liebe mehr und mehr entzieht.

Als Diane von Camilla zu einer Party in Adam Keshers Haus auf dem Mulholland Drive eingeladen wird, hält die Limousine vorzeitig genau dort, wo „Rita" im ersten Teil den Unfall hatte, und Diane reagiert mit exakt den gleichen Worten wie sie: „Was soll das? Wir halten hier aber nicht." Doch in diesem Fall droht keine Gefahr; Camilla hat den Stopp veranlasst, um Diane über eine Abkürzung zum Haus zu geleiten. Adam, dessen Mutter nun von der Frau verkörpert wird, die im ersten Teil die Managerin der Wohnanlage war, zu der das Appartement von Bettys Tante gehörte, hat offenbar eine Beziehung mit Camilla. Während des Essens erklärt Diane, dass sie nach dem Tod ihrer Tante nach Hollywood gekommen sei und bei einem Casting für die Sylvia North Story Camilla kennengelernt habe, die dann statt ihrer für die Hauptrolle nominiert wurde (von dem Regisseur, bei dem Betty im ersten Teil vorspielte).

Nun muss Diane mit ansehen, wie Camilla und eine Frau (gespielt von George) einander küssen, sich ihr zuwenden und lächeln. Dann kündigen Camilla und Adam eine wichtige Mitteilung an, brechen in Gelächter aus und küssen sich, wohl wissend, dass Diane ihnen zuschaut und weint. – Während sie von einer Kellnerin namens Betty bedient wird, trifft Diane bei Winkie's einen Mann, dem sie Camillas Foto und Geld übergibt. In zwei Szenen des ersten Teils war dieser Auftragsmörder bereits zu sehen, als er (in einer wenig professionellen, im Dreifachmord endenden Aktion) zunächst nach einem bestimmten Buch mit Telefonnummern suchte und dann nach einer „brünetten" Frau. Nun zeigt er Diane einen blauen Sicherheitsschlüssel und sagt, sie werde ihn an der vereinbarten Stelle finden, wenn der Job erledigt ist. Auf ihre Frage, was er denn öffne, lacht er nur. Diane schaut auf und registriert einen Mann, der sie entsetzt anstarrt. Auch dieser Mann namens Dan tauchte im ersten Teil schon einmal auf, als er einem Begleiter von seiner albtraumhaften Vision einer im Hinterhof von Winkie's hausenden Schreckensgestalt erzählte; dazu gedrängt, dem Traumbild nachzugehen, erblickte er sie tatsächlich und brach zusammen.

In ihrer Wohnung, wo auf dem Tisch wieder der blaue Sicherheitsschlüssel zu sehen ist, wird Diane erneut von Halluzinationen geplagt. Sie wird dabei von jenem älteren Paar „verfolgt", das sich zu Beginn des ersten Teils, nach dem gemeinsamen Flug nach Los Angeles, freundlich von Betty verabschiedet hatte. Dieses Paar fuhr anschließend (ebenfalls in einer Limousine) vom Flughafen weg und lachte unerklärlich heiter. Schreiend irrt Diane durch die Zimmer, legt sich schließlich ins Bett und erschießt sich. „Silencio", flüstert eine auf der Empore des gleichnamigen Clubs stehende Frau.