Ali (Christina Aguilera) es una chica que viene de un pequeño pueblo del cual escapa con muchas dificultades y un futuro incierto, para cumplir sus sueños en Los Ángeles.

Después de encontrarse con el Burlesque Lounge, un magnífico pero viejo teatro que alberga un espectáculo inspirado en los musicales de revista, Ali consigue un trabajo como mesera para Tess (Cher), dueña del club y artista principal. El vestuario extravagante y las coreografías llamativas de Burlesque capturan a esta joven ingenua, quien se promete que bailará ahí algún día.

Muy pronto, Ali entabla amistad con una bailarina (Julianne Hough), encuentra una a una enemiga en la problemática y celosa bailarina (Kristen Bell), y cosecha el cariño de Jack (Gam Gigandet), un barman y músico del show. Con la ayuda de una perspicaz directora de escena (Stanley Tucci) y del anfitrión travesti (Alan Cumming), Ali pasa del bar al escenario. Su voz espectacular regresa al Burlesque Lounge la gloria que antes gozaba, esto sin que antes llegue un empresario carismático (Eric Dane) con una tentadora propuesta.