1971 : le glam-rock déferle sur l'Angleterre. En rupture avec la "flower generation", il impose une musique bruyante, une mode clinquante et un esprit provocateur. Brian Slade (Jonathan Rhys Meyers), une des idoles du glam, bouleverse l'existence de nombreux adolescents qui, à son image, se maquillent et explorent leur sexualité. Mais Slade, ne sachant plus comment échapper à son image, organise son assassinat sur scène. 1984 : Arthur (Christian Bale), un Anglais expatrié à New York, est chargé par son rédacteur en chef d'écrire un article sur Brian Slade pour le vingtième anniversaire de son pseudo-assassinat. Arthur, qui a grandi à Manchester, adulait Brian Slade, mais c'est sans enthousiasme qu'il part à la recherche de ce qu'est devenue son ancienne idole. Velvet goldmine explore l'ascension et la chute de Brian Slade, son mariage avec Mandy (Toni Collette) et sa liaison avec Curt Wild (Ewan McGregor), une star de la scène rock américaine. Parallèlement, cette enquête sera pour Arthur l'occasion de se pencher sur son passé et de comprendre à quel point Brian Slade et Curt Wild ont bouleversé sa vie...