Sin City myldrer av kriminelle, tvilsomme politimenn og sexy kvinner, og de er alle på jakt etter hevn, forsoning, eller begge deler. Filmen forteller en historie basert på tre tegneserier. Hartigan er en politimann med et mekanisk hjerte og en ekstra beskyttende arm rundt den vakre stripperen Nancy. Marv, en utstøtt menneskehater, er på oppdrag for å hevne drapet på sin eneste kjærlighet, Goldie, mens Dwight, den hemmelige elskeren til Shelley, tilbringer nettene med å forsvare Gail mot en snuskete purk med en sterk forkjærlighet for vold.