클라이드(Clyde Barrow: 워렌 비티 분)의 도둑질로부터 영화는 출발한다. 클라이드는 차를 훔치려 하지만 차 임자인 여자가 자기를 쳐다보고 있는 것을 신경쓰지 못했다. 그녀의 이름은 보니(Bonnie Parker: 페이 다나웨이 분). 보니는 클라이드에게 매섭게 달려들고 클라이드는 이런 그녀에게 오히려 매력을 느낀다. 보니 역시 당돌하고 어두운 개성을 가진 클라이드에게 점점 이끌린다. 두 사람은 범죄를 함꼐 저지르며 급속도로 가까와진다. 범죄가 거듭되며 일행도 늘어난다.
클라이드의 형 벅(Buck Barrow: 진 핵크만 분)과 블랜치(Blanche: 애스텔 파슨스 분) 부부, 자동차를 잘 고치는 모스(C.W. Moss: 마이클 J. 폴라드 분). 일행이 늘어나면서 범죄 수법 또한 대담해지고 더불어 내분도 자주 일어나 티격태격 다투게 된다. 보니와 클라이드 사이에도 문제는 있었다. 클라이드가 여성을 기피하는 성불구자인게 원인. 클라이드는 섹스 대신 폭력을 휘두르며 스트레스를 풀고, 보니는 클라이드의 이러한 면을 불쌍히 여기고 동정한다.
어느 날, 경찰이 일행의 아지트를 급습한다. 이 와중에 블랜치가 붙잡히고 일당은 그의 구출에 고심한다. 그러나 죽을 고비를 넘기며 구출해주자 블랜치는 오히려 자기 몫을 요구할 뿐이다. 클라이드는 울며 겨자 먹기로 이 요구를 받아들이고 보니는 뒷걸음질치는 클라이드에게 크게 실망한다. 일당의 범죄 행각을 계속되지만 오래 가진 못한다. 꼬리가 잡혀 경찰들에게 포위당하는 신세가 되어 버린 것이다. 격렬한 총격전 끝에 바크는 숨지고 나머지 일당은 차를 몰아 모스의 농장으로 도피한다. 모스 아버지의 밀고로 농장에는 이미 수많은 경찰이 잠복해 있었다. 아무 것도 모른 채 길을 달려오는 일당의 차를 향해 경찰은 총알 세례를 퍼붓는다.
