Porter des sous-vêtements féminins sous son uniforme n'a pas empêché le jeune Ed Wood de revenir décoré de la campagne du Pacifique. Il s'installe alors à Hollywood pour se consacrer à sa passion du cinéma et se présente à Georgie Weiss, un producteur miteux désireux de faire un film sur le transsexualisme. Ce sera Glen or Glenda, qu'Ed met en scène et interprète, révélant ainsi son penchant pour le travestissement, au grand désarroi de sa compagne, l'actrice Dolores Fuller. Il est néanmoins entouré d'un cercle d'amis dévoués, parmi lesquels le milliardaire Bunny Breckinridge, le devin Criswell et le lutteur suédois Tor Johnson. Il recrute aussi l'idole de sa jeunesse, Bela Lugosi. Ruiné, alcoolique et drogué, ce dernier trouve en Ed un admirateur inconditionnel, un soutien dans les moments difficiles et l'homme providentiel qui lui offre une ultime chance d'apparaître sur un écran. Ed tourne des petits films d'horreur ou de science-fiction bâclés en utilisant des chutes de pellicules, des extraits de documentaires et des accessoires subtilisés dans des entrepôts de studios. Son existence est une perpétuelle course au financement et ses bailleurs de fonds peuvent être aussi bien une aspirante actrice comme Loretta King, qu'un éleveur texan, ou que l'Église Baptiste de Beverly Hills. Lasse de cette vie précaire (et aussi de se faire chiper ses pulls en angora), Dolores le quitte. Mais peu après, il rencontre la douce et compréhensive Kathy O'Hara, qui devient sa fidèle alliée. Pour Plan Nine From Outer Space, il engage l'étrange Vampira, ex-présentatrice de films fantastiques à la télévision. Le tournage est endeuillé par le décès de Bela, mais grâce à son ingéniosité - et aux encouragements d'Orson Welles, rencontré dans un bar - Ed réussit à terminer le film. Et c'est après la première triomphale qu'il demande à Kathy de l'épouser.