Mannequin et muse du photographe d'avant-garde Man Ray, Lee Miller (Kate Winslet) se lasse vite d'être l'objet de ses collègues masculins et se concentre sur son propre travail de photographe.

En pleine guerre, elle part sur le front français en tant que photoreporter et documente pendant des mois les horreurs de la Seconde Guerre mondiale avec son collègue David E. Scherman (Andy Samberg). Lee et David sont témoins de la libération de Paris et ils se glissent dans l'appartement abandonné d'Hitler à Munich - où la photo la plus connue et la plus importante est prise par Miller elle-même: dans la baignoire du Führer. Enfin, ils font également partie des premiers photographes à entrer dans les camps de Buchenwald et Dachau. Les photos de Lee deviennent les témoignages les plus forts de ces crimes horribles et se gravent dans l'histoire. Elle a, par son courage et son refus des conventions, changé la façon de voir le monde.