Valentín (Diego Luna), ein politischer Gefangener, teilt sich eine Gefängniszelle mit Molina (Tonatiuh), einem Schaufensterdekorateur, der wegen öffentlicher Unzucht verurteilt wurde. Die beiden entwickeln eine ungewöhnliche Freundschaft als Molina beginnt, ihm von einem Hollywood-Musical zu erzählen, in dem seine Lieblingsdiva Ingrid Luna (Jennifer Lopez) die Hauptrolle spielt.

Im Argentinien der frühen 1980er Jahre wird Molina in Valentíns Zelle verlegt – mit dem unausgesprochenen Auftrag, Informationen aus dem politischen Gefangenen herauszubekommen. Während Valentín zunächst wenig mit Molinas fantasievollen Erzählungen anfangen kann, werden diese für beide nach und nach zu einem Rückzugsort aus der harten Gefängnisrealität. In Molinas Geschichten tritt eine schillernde Leinwandfigur auf, die zwischen Glamour und Bedrohung changiert. Sie wird zur Projektion von Sehnsucht, Angst und Begehren. Zwischen Misstrauen und Abhängigkeit der beiden Gefangenen entsteht eine fragile Verbindung, die weit über ihre Gegensätze hinausweist.
Der Film wechselt dabei zwischen der düsteren Enge der Gefängniszelle und opulenten, imaginierten Musicalsequenzen. KISS OF THE SPIDER WOMAN basiert auf dem gleichnamigen Bühnenmusical von John Kander, Fred Ebb und Terrence McNally, das wiederum auf dem Roman von Manuel Puig beruht. Dabei erinnert der Film immer wieder an die großen MGM-Musicals.