20세기 초, 당글라르는 파리 몽마르트르에서 카바레 ‘중국병풍’을 운영하는 사업가이자 공연기획자로 발테르 남작의 경제적 후원을 받는다. 이곳은 당글라르의 애인인 ‘아베스 미인’ 롤라의 춤 공연으로 인기몰이를 하는 명소이다. 그러나 당글라르는 이곳에서 손을 떼고 인근의 오래된 업소를 개조하여 ‘물랭루즈’로 명명하고 19세기 유행한 캉캉을 이곳에서 공연하는 계획을 추진한다.
세탁소에서 일하는 귀여운 소녀 니니의 타고난 춤 솜씨에 반한 그는 그녀를 무대의 주역으로 세우고자 한다. 그러나 롤라는 이를 질투하여 한바탕 소동을 벌이고, 니니의 남자친구인 빵집 점원 폴로도 당글라르와 니니의 관계를 의심하며 가슴앓이를 한다.
한편 당글라르는 자금난으로 인수 대금결제에 차질을 빚는다. 롤라는 자신의 또 다른 애인인 발테르 남작에게 부탁해 당글라르에 대한 투자를 중단하고 부지를 모두 인수하도록 한다. 결국 ‘물랭루즈’ 계획은 전격 중단된다. 그러던 중 니니를 연모하던 이웃국가의 알렉상드르 왕자가 부지를 다시 매입해 니니에게 선물한다. 롤라와 발테르 남작은 당글라르와 화해하고, 마침내 ‘물랭루즈’는 문을 연다. 그러나 첫 ‘프렌치 캉캉’ 공연 직전, 니니는 당글라르가 무대 뒤에서 여자가수와 키스하는 모습을 보고 화가 나 춤추기를 거부한다. 결국 당글라르의 설득으로 니니는 마음을 돌리고 무대에 서게 되고, 성황리에 공연을 마친다.
