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.