Los Angeles, fin des années 30. J.J. Gittes, un détective privé, reçoit la visite d'une femme, Evelyn Mulwray, qui lui demande de filer son mari, ingénieur des eaux de la municipalité. Elle le soupçonne de la tromper.
Gittes découvre qu'Hollis Mulwray s'oppose à la construction d'un barrage hydraulique, qui permettrait d'alimenter les cultures et les élevages en eau potable. Il finit aussi par le prendre en photo avec une autre femme.
Un article racontant l'infidélité d'Hollis parait dans le journal, et Evelyn Mulwray vient se plaindre auprès de Gittes. Il s'avère que la personne qui l'avait engagé n'était pas la vraie Evelyn Mulwray. Peu de temps après, Hollis est retrouvé mort, noyé.
Mécontent d'avoir été trompé par quelqu'un, Gittes enquête sur la mort d'Hollis malgré les intimidations de tueurs professionnels qui lui mutilent le nez. Gittes se rend compte qu'Hollis a été assassiné pour avoir découvert que de l'eau potable est régulièrement rejetée dans la mer, ce qui accentue la sécheresse. Il découvre également que le père d'Evelyn est l'ancien associé d'Hollis, du temps où la compagnie des eaux leur appartenait, avant qu'elle ne devienne une propriété publique.
Il informe Evelyn que son mari a probablement été tué. Evelyn l'engage alors pour continuer l'enquête. Il rend visite à Noah Cross, le père d'Evelyn, qui l'engage à son tour pour retrouver la maîitresse d'Hollis. Il découvre enfin que la plupart des terrains autour du projet barrage ont été achetés peu auparavant. Autour du projet de barrage, il apprend que les fermiers suspectent que le département des eaux sabote des réservoirs d'eau et empoisonne des puits. Gittes en conclut que toutes ces manœuvres sont faites pour faire baisser la valeur des terrains, valeur qui augmentera lorsque le projet du barrage sera avalisé.
Lorsqu'il enquête sur les nouveaux propriétaires, les noms le mènent à des pensionnaires d'une maison de retraite : leurs noms sont utilisés. Ida Sessions, la femme qui s'était faite passer pour Evelyn Mulwray l'appelle pour le voir, et lorsqu'il arrive chez elle, il la trouve morte. Il apprend par la police la mort d'Hollis est suspecte parce que de l'eau salée a été retrouvée dans ses poumons, alors qu'il a été trouvé noyé dans de l'eau douce. Gittes suppose alors qu'Hollis a été tué chez lui, dans la mare de son jardin qui contient justement de l'eau salée. Il trouve une paire de lunette cassée dans la mare.
La police quant à elle suspecte Evelyn. Gittes découvre que c'est le père d'Evelyn, Noach Cross, avec lequel elle a eu une fille au cours de rapports incestueux, qui a organisé toute l'affaire. Il n'avait engagé Gittes que pour retrouver sa fille qui est aussi sa petite-fille que protégeait Hollis. Gittes sait maintenant qu'Evelyn est innocente ; il arrange son départ pour le Mexique. Mais un des hommes de main de Noah Cross intervient et Gittes est obligé de les conduire à Evelyn, qui est prête à partir. La police est déjà là, et lorsqu'Evelyn tente de s'enfuir en voiture, les policiers tirent sur Evelyn. Mais Noah Cross est tout puissant. Après la mort d'Evelyn, les policiers de Chinatown garderont le silence.
Interprété avec élégance, finesse et romantisme aussi bien par Faye Dunaway que, plus surprenant, par Jack Nicholson, Chinatown mêle une intrigue complexe de film noir, avec la conscience sociale crépusculaire des années 70. Celle-ci creuse sous l'intrigue policière pour mettre à nu l'irrémédiable tragédie qui empêche tout happy end.
Un scénario solide et complexe...
Jack Nicholson, qui suivait le projet depuis le début, demanda à Roman Polanski de tourner le film de préférence au scénariste, Robert Towne qui s'apprêtait à le réaliser. Celui-ci avait produit un scénario extrêmement complexe en s'appuyant sur les guerres de l'eau en Californie. Celles-ci conduisirent à de nombreux scandales de spéculation et de corruption et, en 1928, à l'écroulement du barrage de St. Francis. Robert Towne déplace l'action au milieu des années trente en pleine crise économique dans une ville en proie à la sécheresse.
... creusé en tragédie par Polanski.
Gittes, tout de blanc vêtu et tiré à quatre épingles, voudrait bien continuer à ne pas se mouiller contrairement à tous, qui suent sang et eaux. Mais il doit affronter des tueurs psychopathes. Polanski le y tient le rôle d’un petit truand cruel affublé du doux sobriquet "midget", le nain souvenir tragiquement desesperé de l'assassinat de sa femme, Sharon Tate dans cette ville de Los Angeles.
Au fur et à mesure que Gittes progresse dans son enquête et semble nouer une relation amoureuse avec Evelyn Mulwray, c'est elle qui s'effondre peu à peu sous le poids d'une faute qui la ronge et qu'elle est maintenant seule à assumer. Elle s'inflige qui plus est un partage de responsabilité avec son père. Victime tragique comme sa fille, elle ne peut que mourir. C'est du moins la volonté de Polanski qui imposa cette fin au happy-end voulu par Robert Towne. Apparaît ainsi encore plus monstrueuse la figure de Noah Cross qui verra tous ses plans se concrétiser, notamment en récupérant probablement la garde de sa fille et petite-fille.