Hollywood, de jaren 20. De filmindustrie ondergaat de transitie van zwijgende films naar films met gesproken tekst. 'Babylon' volgt de opkomst en ondergang van enkele personen, waaronder Nellie LaRoy en Jack Conrad, tijdens een tijdperk van ongebreidelde decadentie en verdorvenheid in deze industrie.
De film volgt de speelse maar passievolle relatie tussen Turner en excentrieke Academy Award winnende actrice Gloria Grahame in het Liverpool van 1978. Wat begint als een levendige affaire tussen een legendarische femme fatale en haar jonge minnaar verandert al snel in een diepere relatie waarbij Gloria rust vindt bij Turner.
Chance Wayne keert na jaren terug naar zijn geboortestad, vergezeld door de in de vergetelheid geraakte actrice Alexandra Del Lago, wiens connecties hem kans op een filmrol opleveren. Hij ontmoet zijn ex-vriendin Heavenly Finley, dochter van de politicus Tom Finley, met wie Wayne vroeger dusdanig grote conflicten had, dat die destijds leidden tot zijn vertrek uit de stad.
De filmster en alcoholist Norman ontdekt de jonge onbekende showgirl Esther en hij maakt van haar een actrice. Ze trouwen en haar ster rijst snel in de showbizz-wereld, terwijl zijn carrière in het slop raakt. Hij kan dit maar moeilijk accepteren en gaat steeds meer drinken.
Journalist Robert Krohn ontmoet Veronika Voss, een labiele filmster uit vervlogen tijden. Tussen hen ontstaat een merkwaardige relatie, waarbij Robert gedreven wordt door journalistieke interesse en medelijden. Hij ontdekt dat Veronika aan de morfine verslaafd is.
Tony Hunter, een beroemd zanger/danser heeft zijn beste tijd gehad. Het publiek wil Ava Gardner, niet hem. Maar zijn oude vrienden Lily en Les Martin komen op het idee om een kleine Broadwayshow te maken, en Tony stemt ermee in om mee te doen.
Millicent Jordan (Billie Burke), de echtgenote van een New Yorkse scheepsmagnaat (Lionel Barrymore) die op zijn laatste benen loopt, heeft het o zo druk met het organiseren van een etentje, waar een Britse lord en lady aanwezig zullen zijn. Onder de genodigden bevinden zich tevens een acteur, Larry Renault, wiens gloriedagen geteld zijn, Carlotta Vance, een filmdiva uit lang vervlogen tijden, Dan Packard, een invloedrijke Texaanse zakenman, die op slinkse wijze de Jordan Line probeert op te kopen, zijn verveelde vrouw Kitty (Jean Harlow), die zich verwaarloosd voelt en daarom aanpapt met de huisarts, Dr. Wayne Talbot, die eveneens met zijn vrouw is uitgenodigd.
De film vertelt het tragische lot van Edie Sedgwick, gevallen ster van Andy Warhol's Factory. Terug in het huis van haar moeder in Californië nestelt Susan/Edie zich in het zwembad dat is ingericht en versierd met krantenomslagen, waar ze verschijnt en modefoto's waar ze herinneringen ophaalt aan haar gloriejaren in New York in de wereld van de pop-art en de waanzin die heerst in de wereld van de popart. the Factory aan het eind van de jaren zestig deelt Susan/Edie haar visioenen als gevolg van drugs en alcohol met een jonge verdwaalde hippie, Butch, die Susan liftend ophaalde tijdens haar pelgrimstocht naar Californië.
