La película comienza con la llegada de Diane Arbus para fotografiar una colonia nudista. La historia se remonta a tres meses antes en la ciudad de Nueva York, en 1958. Diane Arbus hace de asistente de su marido, el fotógrafo Allan. Diane pertenece a una familia adinerada; su padre es peletero. La familia de Allan tiene un estudio fotográfico desde hace décadas. Diane se siente claramente incómoda con la tibia vida de esposa de ciudad y madre (de sus dos hijas). Una noche, durante una fiesta, está mirando por la ventana y llama la atención del misterioso vecino que acaba de instalarse en el piso de arriba. Su rostro está completamente cubierto, excepto los ojos y la boca. Esa noche, después de la fiesta, Diane se pone de pie en su patio, abre su vestido y deja al descubierto su sujetador. Se lo confiesa a su marido. Unos días más tarde, su hija le informa de un problema con las cañerías. Al abrir una tubería, Diane descubre mechones de pelo que la bloquean. Al retirar los pelos, cae una llave. Lleva el pelo y la llave a la basura, y luego llama a su vecino de arriba para preguntarle si ha estado acicalando a un perro. Él le dice que no, y le sugiere que mire en el sótano, cosa que hace. Ve una silla adornada y un póster de un "hombre salvaje", que una mujer sin brazos desempolva. Diane supone que es la mujer del vecino. Cuando no puede dormir, Diane coge la cámara (que su marido le había regalado años antes, y que hasta ahora nunca había utilizado), y sube las escaleras para presentarse a su vecino, y preguntarle si puede fotografiar su retrato. Él le pregunta si tiene la llave y le dice que vuelva la noche siguiente. Ella se va, y luego va a coger la llave de la basura.

Así comienza su relación con Lionel Sweeney, un hombre con hipertricosis que está solicitado como peluquero. Lionel ve en Diane un espíritu afín, y la lleva a lugares donde conoce a travestis, enanos y otras personas que viven al margen de la sociedad. Diane le dice a Allan que le gustaría tomarse un tiempo libre del negocio para hacer sus propias fotografías, empezando por las de los vecinos. Él la apoya. A medida que Diane pasa más tiempo con Lionel, se siente más atraída por él y por este nuevo, extraño y emocionante mundo. Hace fotografías, pero esconde la película sin revelar en un tarro de galletas. La llave era del apartamento de Lionel, así que Diane puede entrar en cualquier momento.

Lionel pide que le presenten al marido de Diane. Pronto Diane ha introducido a Lionel incluso en su vida familiar. Sus hijos le ayudan en su negocio de fabricación de pelucas y él les lee cuentos antes de dormir. Le presenta a su madre y a su padre. En la fiesta de aniversario de ella y Allan, Diane encuentra a Lionel inhalando alguna sustancia. Él admite que sus pulmones se están desintegrando y que dentro de unos meses se "ahogará". Ella llora ante esta noticia. Casi se besan, pero son interrumpidos por Allan, que ve su momento íntimo, y se marcha. Más tarde, en su casa, le pregunta a Diane si lo ha besado, pero luego se da cuenta de que no importa si lo han hecho o no, que él conoce sus sentimientos hacia Lionel. Le ruega que no separe a su familia. Diane accede a poner fin a la aventura, se viste y sube las escaleras para hacerlo. Cuando entra en casa de Lionel, lo encuentra desnudo con crema de afeitar y maquinilla de afeitar en la mano. Le pide que le afeite completamente. Cuando está desnudo, hacen el amor. Cuando ella le pregunta por qué quiere afeitarse (después de haber declarado que no valía la pena el esfuerzo), él le revela que tiene la intención de "salir nadando", de suicidarse en el océano, y quiere que ella esté con él cuando lo haga. Ella está desolada, pero acepta. Se profesan su amor, y Diane por fin toma una foto de Lionel por primera vez. Mientras tanto, su hija, habiendo encontrado su alijo de película, se la da a Allan para que la revele: él se da cuenta de que hasta entonces su mujer ha estado haciendo fotos sin sentido, en lugar de los retratos que había dicho que hacía.

En la playa, Lionel le hace un regalo a Diane: una chaqueta de piel, hecha con su propio pelo. Acompaña a Lionel a la orilla del agua y ve cómo él nada alegremente.

Vuelve a su casa y, al meter la llave en la puerta, se da cuenta de que no puede entrar, de que ha vuelto a su antigua vida. Allan, de pie al otro lado de la puerta, no hace nada. Diane vuelve al apartamento de Lionel, se revuelve en su cama y respira el aire que había soplado en una balsa salvavidas para inflarla. De repente, está rodeada por todos los amigos de Lionel, y celebran una fiesta en su honor. Uno de sus amigos le da un álbum de fotos que Lionel quería que tuviera. Tiene cincuenta páginas vacías, todas con etiquetas de placas de fotos de puño y letra de Lionel: mientras el número uno se titula "Lionel", por el retrato que le hizo, él quiere que ella llene el resto de las páginas con sus otras fotografías nuevas.

Diane, conmovida por su experiencia con Lionel, sabe ahora qué dirección tomar con su vida y su carrera. La escena final la muestra en un campamento nudista, donde conoce a una mujer que supone que quiere fotografiarla. Arbus lo admite, pero primero le pide a la mujer que le cuente un secreto. La mujer le pide a Diane que le cuente un secreto primero, y Diane acepta.