Al principio de la película, Judy Garland tiene 15 años y el jefe del estudio MGM (Metro-Goldwyn-Mayer), Louis B. Mayer, le dice en el plató de El mago de Oz que tiene un don que otras niñas no tienen. El talento de Judy para el canto es casi inigualable y es capaz de superar el éxito de Shirley Temple como estrella infantil de Hollywood. A continuación se muestra a Judy en sus cuarenta años, actuando con sus dos hijos de su matrimonio con Sidney Luft, su tercer marido. Más tarde, Judy y sus hijos intentan registrarse en su hotel, pero son rechazados por falta de pago anterior. Debido a esto, Judy se ve obligada a volver a casa de Luft, que ya se ha divorciado de ella.

En una fiesta, Judy conoce a Mickey Deans, propietario de un club nocturno, y se hacen amigos. En un flashback de sus años de adolescencia con Mickey Rooney, su cuidador en el estudio interrumpe una cita para dar a Judy anfetaminas que le ayuden a controlar su apetito y así mantener su peso. La acción vuelve a 1968, con Judy viendo a un agente que le dice que Gran Bretaña está abierta a ella, pero que la acogida en Estados Unidos se ha enfriado debido a su falta de fiabilidad en la actuación y su mal humor. Judy decide embarcarse hacia el Reino Unido, dejando a sus dos hijos con Luft, lo que le resulta difícil.

En el Reino Unido, el abuso de sustancias le impide actuar con fiabilidad. Judy llega tarde a su estreno en Londres y se recurre a los asistentes para que comprueben su estado de salud y le arreglen el maquillaje. Los fans están entusiasmados y su actuación es excelente. La película pasa a otro flashback de la joven Judy, que se queja de que la alimentan con pastillas para ayudarla a cumplir con sus exigencias de agenda. De vuelta a Londres en 1968, vuelve a actuar y empieza a cantar la letra de "Clang, clang, clang..." de "The Trolley Song" entre fuertes aplausos.

Judy se encuentra con dos fans homosexuales que la adoran en la puerta del escenario cuando sale y se reúne con ellos para tomar un aperitivo en su piso. Se unen para superar sus dificultades y ella canta "Get Happy" mientras uno de los fans toca el piano. Deans llega a Londres en una visita sorpresa, lo que la anima. Judy sigue teniendo problemas para llegar a tiempo a sus actuaciones en el escenario debido al abuso de sustancias y a la ansiedad. Otro flashback muestra a Mayer hablando con ella y a Judy explicando que está agotada por su horario de trabajo, y Mayer utiliza el abuso emocional y la intimidación física para mantenerla a raya.

Su agente británico patrocinador la hace examinar por un médico especialista en voz. Judy dice que le hicieron una traqueotomía hace dos años, lo que debilitó su voz. El médico le diagnostica agotamiento físico y mental, que requiere reposo para recuperarse. Su relación con Deans es un apoyo para su vida personal, y se casan. Es su quinto marido. Judy sigue pensando en sus hijos y sufre por estar separada de ellos. Los niños, sin embargo, son felices en la escuela de California. Deans recibe malas noticias sobre un acuerdo monetario que se ha frustrado, por lo que debe quedarse en Gran Bretaña para llegar a fin de mes. En su siguiente actuación, se desmaya en el escenario y es abucheada. El compromiso de Judy como cantante se termina, pero vuelve para una última noche en el escenario, donde pide interpretar una última canción. Se derrumba mientras canta "Over the Rainbow", pero se recupera con el apoyo de sus fans y puede completar la actuación. Judy pregunta: "No me olvidaréis, ¿verdad?" al público, que aplaude antes de que ella termine su actuación diciendo: "Prometed que no lo haréis".

La película termina con la muerte de Judy seis meses después, en el verano de 1969, a la edad de 47 años.