Dejando atrás las dificultades y un futuro incierto, Ali decide cambiar por la capital del entretenimiento: Los Ángeles, donde casualmente se tropieza con la Sala Burlesque, un majestuoso teatro en apuros que alberga una inspirada revista musical. Allí conoce a Tess (Cher), la glamorosa y sincera dueña del club, quien regenta y convierte a las chicas en estrellas, a quien convence para que le de trabajo como camarera sirviendo cócteles. Muy pronto Ali, una esponja con los ojos bien abiertos, queda absorbida por los cautivantes números del Burlesque. Los extravagantes trajes y la valiente coreografía atrapan a la ingenua joven. Ese escenario es el lugar para el que Ali ha nacido y jura que algún conseguirá estar sobre él. Pero antes, para bien o para mal, tendrá que encontrar su lugar entre las muchas relaciones personales del teatro. Ali entabla amistad con una de las bailarinas (Julianne Hough), encuentra una enemiga en una de las artistas angustiada y celosa (Kristen Bell), y se gana el cariño de Jack (Cam Gigandet), un apuesto barman y músico que la acoge como compañera de piso hasta que pueda consolidar su situación económica. Eventualmente, con la ayuda de un ingenioso, ácido pero sensible, director de escena (Stanley Tucci) y el andrógino anfitrión del club (Alan Cumming), Ali logrará recorrer el camino desde el bar al escenario. Gracias a su espectacular voz y sus dotes para el escenario la sala Burlesque revivirá su antigua gloria, haciendo que Tess recobre la esperanza de que no tendrá que atender las exigencias de su ex marido (Peter Gallagher) para que venda el local a un carismático empresario (Eric Dane) con una propuesta tentadora. A medida que la estrella de Ali sube más alto, queda claro que la sala Burlesque existe para brillar, fascinar y convertir en realidad los sueños. ¿Pero tendrá sus días- y noches sexys llenas de música y color- contados?