La película comienza con una escena ficticia de la entrega del prestigioso premio de teatro Sarah Siddons a una joven actriz, Eva Harrington (Anne Baxter). Lo que sigue son los acontecimientos mostrados en retrospectiva.

Margot Channing (Bette Davis) es una de las mayores estrellas de Broadway. Todas las noches la espera, en un callejón junto a la entrada trasera, una joven mal vestida llamada Eva Harrington, que la mira embelesada. Una noche, una amiga de Margot, la mujer del guionista, Karen Richardson, se apiada de Eva y la lleva al camerino de Margot, ya que Eva le cuenta que ha visto todas sus obras y que es fan de Margot Channing. En el camerino, además de Margot, está todo su círculo íntimo, su hombre, Bill, y el marido de Karen, Lloyd, que escribe obras para Margot. Eva habla de su amante que murió en la guerra, y de cómo no tiene amigos ni familia, sólo teatro y sólo adoración por Margot Channing. Eva declara que la primera vez que vio a Margot fue en San Francisco y quedó tan abrumada por su talento que vino a Nueva York a por su ídolo. Los presentes empiezan a sentir lástima por ella, todos menos la anciana compañera de Margot, Birdie Kuhnen (Thelma Ritter), que observa con escepticismo lo inverosímil de la historia. Margot, en un penoso impulso, lleva primero a Eva a pasear con ella y luego a su casa como asistente.

Poco a poco, Margot se da cuenta del mayor interés de Eva por su marido, y también de que, al tener la condición de asistente de una celebridad, Eva empieza a conocer intensamente a todas las personas influyentes, desde un importante productor hasta un cínico crítico de cine.

Sin embargo, al notar el principio de antipatía de Margo y su acompañante, Eva decide cambiar de táctica. Aprovechando la estupidez y la blandura de la amiga de Margot, Karen, se acerca a ésta para pedirle que hable con el productor del teatro donde actúa Margot y la nombre a ella, Eva, como suplente de Margot Channing. Karen, creyendo que Eve necesita tutela, acepta este encargo sin avisar a su mejor amiga. Tampoco Max Fabian (Grigory Ratov), el productor de su teatro, se lo dice a Margot.

La película revela poco a poco la duplicidad de Eva y su intención secreta de arrebatarle a Margo Channing todo lo que aprecia: su amante Bill Simpson (Gary Merrill), sus amigos Lloyd y Karen Richards (Hugh Marlow y Celeste Holm), su carrera teatral y su fama.

Eva va a suplantar a Margot convirtiéndose en su suplente. Una vez que Margot no puede subir al escenario, se propone hacerlo en su lugar, para demostrar sus virtudes ante los numerosos críticos. Su plan fracasa y decide chantajear a Margot para que consiga el siguiente papel que le han prometido, sin saber que ella misma ya no está contenta de interpretar papeles que no le convienen por su edad.

Eve intenta ascender en el mundo del teatro con la ayuda del crítico teatral Addison DeWitt (George Sanders). Poco antes del estreno de una obra de teatro protagonizada por ella, informa a DeWitt de su plan de casarse con el guionista Lloyd Richards tras su divorcio de su esposa Karen. Dewitt revela todos los antecedentes de Eva y la chantajea. Le revela la verdadera razón por la que ha venido a Nueva York desde San Francisco. Resulta que Eva se vio obligada a dejar su trabajo en la cervecería cuando la mujer del jefe se enteró de la relación adúltera de Eva con su marido. Aunque Addison abusa de Eva, al mismo tiempo se encapricha de ella y sigue promoviendo su carrera.

Eva, ahora una estrella de Broadway, recibe un premio por su actuación. Entonces descubre que una joven admiradora (Barbara Bates) se cuela en su piso, y todo está preparado a empezar de nuevo.