1941年、フランスの田舎町ナンシー。ナチスのハンス・ランダ大佐（クリストフ・ヴァルツ）が、ある農場主の家を訪れる。“ユダヤ・ハンター”の異名を持つ冷血漢ランダは、巧妙な話術で農場主を追い込み、床下にユダヤ人一家を匿っていることを白状させる。ランダの部下たちは床下に向けて一斉に射撃を開始。だが、一家の少女・ショシャナ（メラニー・ロラン）だけは銃弾を逃れ、逃げ去った……。ナチス総統ヒトラー（マルティン・ヴトケ）は“イングロリアス・バスターズ”と呼ばれる連合軍極秘部隊の存在に苛立っていた。ユダヤ系アメリカ人を中心にしたこの組織を率いるのはアルド・レイン中尉（ブラッド・ピット）。カリスマ的な指導力を持つ彼はナチスの皆殺しを指示、ドニー（イーライ・ロス）やヒューゴ（ティル・シュヴァイガー）といった血気さかんな部下たちと共にドイツ軍に恐れられていた。1944年、パリ。ショシャナは映画館主として身分を隠しながら暮らしている。そこへ、250人もの連合軍兵士を殺したドイツ軍の若い兵士フレデリック（ダニエル・ブリュール）が現れ、その武勇伝を本人主演で映画化した映画『国民の誇り』のプレミア上映を彼女の映画館で実施したいと申し出る。ヒトラーやナチス高官が集うその夜、劇場もろとも敵を燃やし尽くそうと決意を固めるショシャナ。一方、プレミア上映の報を受けたイギリス軍は、極秘作戦を実行すべくヒコックス中尉（ミヒャエル・ファスベンダー）を現地に派遣。この作戦には“イングロリアス・バスターズ”も動員され、現地近くの村でアルドらに合流、英国の二重スパイでドイツの人気女優ブリジット（ダイアン・クルーガー）にバーで接触する。だが、そこはその日に限ってドイツ兵たちで賑わっており、ふとしたきっかけから銃撃戦に発展する……。プレミア上映の夜、続々とナチス高官が映画館にやってくる。そこにはイタリア人を装い、ブリジットを連れたアルドの姿もあった。ショシャナは恋人の映写技師マルセル（ジャッキー・イド）に最後の仕事を頼み、自らは復讐心を胸に秘めてこの夜の映写係を務める。様々な思惑が交錯する中、運命のプレミアが幕を開けた……。