Le film commence en 1930, alors que Bonnie est serveuse dans un restaurant dans une petite ville du Sud des Etats-Unis. Un jour, Clyde tente de voler la voiture de la mère de Bonnie. C'est ainsi que le couple fit connaissance. Tout de suite, ceux-ci débutèrent les braquages à main armée, se faisant un nom auprès de la population. Très vite, les 2 amants recrutèrent Buck (le frère ainé de Clyde) et son épouse Blanche, ainsi que CW Moss, un employé de station service. Devenant trop dangereux, le FBI commença donc à les pourchasser, aux côté des policiers des différents états traversés. Mais ce n'est qu'une fois 2 policiers abattus par le couple qu'ils furent finalement recherchés mort ou vif.
Leur tête mise à prix, c'est le 23 mai 1934 que le FBI préparèrent une embuscade qui leur sera fatale. Après 7heures d'attentes, le couple arriva finalement à bord d'une voiture volée. C'est à ce moment là que les agents profitèrent de l'occasion. Il s'en suivi une fusillade causant la mort de Clyde d'une balle dans la tête, puis de Bonnie suite à une hémorragie.
C'est ainsi que le film prend fin, sur les corps inertes de Bonnie and Clyde.
