Ali (Christina Aguilera) vive en un pueblo chico, pero tiene una gran voz. Dejando atrás una vida de penurias y un futuro incierto, escapa a Los Ángeles para cumplir sus sueños. Allí se tropieza con el club Burlesque, un teatro majestuoso en decadencia que alberga una excelente revista musical. Tras conocer a Tess, (Cher), dueña y primera figura de la revista, Ali ingresa como camarera en el club, donde prepara cócteles. El vestuario extravagante y la coreografía audaz del espectáculo cautivan a la joven inocente, que jura actuar allí algún día. Pronto se hace amiga de una bailarina (Julianne Hough), se enfrenta con una artista celosa y desequilibrada (Kristen Bell) y se gana el cariño de Jack (Cam Gigandet), un músico que trabaja allí como barman. Con la ayuda del ingenioso director (Stanley Tucci) y el andrógino presentador del show (Alan Cumming), Ali logra llegar de la barra al escenario. Gracias a su voz espectacular, el Burlesque recobra su esplendor del pasado, hasta que llega un empresario carismático (Eric Dane) con una propuesta tentadora...