1870. L'Ouest américain commence à se pacifier. Le hors-la-loi Wes McQueen s'évade de prison. Avant de se rendre dans le Colorado, il fait le détour par son village natal : dans le petit cimetière, sur l'une des tombes, un nom fraîchement gravé : celui de Martha Turner, son amie d'enfance.
Dans la diligence, il rencontre Julie Ann Winslow et son père Fred. Après les avoir défendus contre une attaque de brigands, il rejoint ses complices, Duke Harris et Reno Blake, dans un petit village abandonné au cur de la montagne, Todos Santos. Il fait la connaissance de Colorado, une jeune métisse.
Les hors-la-loi projettent d'attaquer un train transportant des fonds importants. Wes revoit les Winslow, tombe amoureux de Julie Ann. Il comprend que ses complices veulent se débarrasser de lui, une fois le coup réussi. La police le recherche (sa tête est mise à prix) et lui a tendu un piège.
Wes réussit à s'échapper. Blessé, il se réfugie avec Colorado chez les Winslow. Julie Ann tente de le dénoncer pour toucher la prime. Wes part avec Colorado : c'est elle qu'il aime. Traqué par la police, il se réfugie dans la montagne, dans la Cité de la Lune, un lieu tabou aux yeux des Indiens. Wes et Colorado sont abattus par les policiers; criblés de balles, ils tombent à terre, unis dans la mort
La fille du désert est d'abord un western parfait comprenant quelques-unes des figures obligées du genre (l'attaque de la diligence, le hold-up du train) filmées avec une rigueur visuelle, une économie de moyens, une perfection dans l'architecture et le mouvement des plans.
Remake et transposition en western de High Sierra réalisé huit ans plus tôt. Deuxième volet de ce qu'on peut considérer comme une trilogie de westerns tragiques (La vallée de la peur, la fille du désert, Une corde pour te pendre) basés sur le thème de la résurgence du passé. Ce thème est fondamental chez Walsh et a été traité par lui dans toutes sortes de tonalités. L'unité de cette trilogie est avant tout d'ordre stylistique : il s'agit de trois épures au classicisme parfait, baignant dans une atmosphère plastique âpre et contrastée, proche du fantastique dans le style des meilleurs Tourneur (La griffe du passé). Walsh qui s'est révélé ailleurs un maître du picaresque ou de l'épopée, témoigne dans cette autre série de films d'une variété de tons et de dons à peu près unique dans l'histoire du cinéma. De ces trois uvres, la fille du désert est assurément la plus pessimiste. Le personnage central, assez réservé et lointain, vit comme uen tragédie l'impossibilité de changer de destin et d'identité. Walsh dédaigne dans son récit tout attendrissement et tout pathos humaniste, de même que tout exposé des circonstances atténuantes. Il décrit la trajectoire de son personnage dans un style sec et tranchant qui se révèle en même temps riche d'une infinité d'harmoniques insolites et poétiques. Elles tiennent pour une part à la densité humaine du couple formé par Wes et Colorado. A travers eux, Walsh exprime, avec un sens de la litote qu'il lui plaît parfois de cultiver ses préférences les plus profondes. Il s'est toujours senti en affinité avec les êtres en marge, avec les individualistes à l'étroit dans une classe sociale, une profession, un style de vie, voire même une race ou un destin moins riches que ne le sont leur personnalité et leur goût de l'aventure. Le héros walshien, homme ou femme, vit par excellence dans l'illimité, et parfois il en meurt. Ces harmoniques naissent aussi du choix des lieux (Le Canyon de la mort, La Cité de la lune) où s'inscrit l'action : leur puissance cosmique, leur magie inquiétante et fantomatique en appelant constamment à un ailleurs, à un autre monde peuplé d'apparitions et de réminiscences. Les tragédies de Walsh sont en effet trop vastes pour se situer uniquement sur terre.