פרק ראשון: היה היה... בצרפת תחת הכיבוש הנאצי.
הסרט נפתח בצרפת הכבושה, בשנת 1941. איש האס-אס קולונל האנס לנדה (כריסטוף ואלץ), המכונה "צייד היהודים", מגיע לבית כפרי של משפחה צרפתית ומתחיל לנהל, על פניו, שיחת חולין על כוס חלב. בהמשך מתברר כי מטרת הביקור היא לחקור את פרייה לפדיט (דני מנושה), רפתן צרפתי, אודות שמועות על כך שהוא מסתיר משפחה יהודית בשם דרייפוס בביתו. במהלך החקירה מצליח לנדה לשבור את לפדיט ומאתר את מקום המסתור של המשפחה היהודית מתחת לרצפת הבית. היות שלפדיט ולנדה דיברו באנגלית, משפחת דרייפוס לא הבינה שלפדיט הסגירם. בסיום השיחה לנדה מסמן לחייליו לירות ברצפת הבית, וכתוצאה מכך כל בני המשפחה נהרגים מלבד שושנה דרייפוס (מלאני לורן), נערה מתבגרת המצליחה לברוח בריצה אל היער הסמוך.
פרק שני: ממזרים חסרי כבוד.
בפרק זה מוצגים לראשונה ה"ממזרים", צוות של חיילים אמריקאים-יהודים מהמשרד לשירותים אסטרטגיים (OSS). מנהיגם, סגן אלדו ריין, הידוע גם בשם "אלדו האפאצ'י" (בראד פיט), מכריז על המשימה והייעוד של הצוות: לגרום בהלה והרס ברחבי הרייך השלישי על ידי הרג אכזרי של חיילי צבא גרמניה רבים ככל האפשר וקרקופם. ריין מכריז גם שאין לקחת שבויים וכי על כל איש צוות מוטלת החובה להשיג לפחות 100 קרקפות של נאצים. בסצנה הבאה מוצגים "הממזרים" בצרפת הכבושה, מקרקפים יחידה של חיילים נאצים. אחד מאנשי הצוות, דוני (אלי רות'), שנודע בקרב הגרמנים בשם "הדוב היהודי", הורג באלימות רבה סמל גרמני עם מחבט בייסבול. ריין בתגובה מסביר כי זו אחת מצורות הבידור היחידות שלהם. היחידה מונה גם את הוגו שטיגליץ (טיל שווייגר), ששוחרר מהכלא על ידי הצוות אחרי שמשך את תשומת לבם בכך שהרג 13 קציני גסטפו.
שיטת הפעולה של הצוות כוללת השארה של חייל גרמני אחד בחיים כעד שיפיץ את הידיעה על הפשיטות שלהם על יחידות נאציות. הם חורטים צלב קרס על מצחו של הניצול על מנת לחשוף את זהותו כנאצי גם אחרי המלחמה ולזרוע בכך עוד פחד בקרב הצבא הגרמני.
פרק שלישי: לילה גרמני בפריז.
ארבע שנים לאחר הימלטותה מופיעה שושנה שוב, הפעם בפריז, בזהותה המאומצת "עמנואל מימייה", הבעלים של בית קולנוע קטן בשם "לה גאמר". היא פוגשת את פרדריק צולר (דניאל ברוהל), צלף גרמני וגיבור מלחמה, שמשחק את עצמו בסרט התעמולה הנאצי "גאוות האומה", אשר עלילתו מבוססת על מעלליו במהלך אחד הקרבות. למרות ששושנה מגיבה בקרירות אל צולר, הוא מנסה להרשים אותה ומצליח לשכנע את שר התעמולה הנאצי יוזף גבלס (סילבסטר גרות) לקיים את הקרנת הבכורה של הסרט בקולנוע שלה, בנוכחות הפיהרר אדולף היטלר (מרטין ווטקה) עצמו והכפופים אליו, כגון הרמן גרינג ומרטין בורמן, וכן ראש האבטחה של ההקרנה, קולונל האנס לנדה. שושנה נחרדת לראות שוב את האיש שרצח את משפחתה, ואם זה לא הספיק, הוא מתחקר אותה ביחידות, תחקור שבו נראה כאילו הוא יודע את האמת עליה והוא עומד לשבור אותה (בדומה לתחקורים שעשה ללפדיט, ובהמשך הסרט, לבריג'ט פון האמרסמארק). אבל בסוף, הוא מסיים את התחקור ועוזב את שושנה, וזו פורצת בבכי ברגע שלנדה יוצא מהחדר.
שושנה מבינה כי הנוכחות של צמרת השלטון הגרמנית וקצינים נאצים מספקת הזדמנות מצוינת לנקמה. בעזרת בן זוגה השחור מרסל (ג'קי אידו), מקרין הסרטים בקולנוע, היא מחליטה לשרוף את בית הקולנוע במהלך הקרנת הבכורה. לשם כך הם מתכננים להשתמש בתכונת הדליקות הגבוהה של סרטי נייטרית 35, המאוחסנים בכמויות גדולות במקום. היא גם מחליפה את סוף הסרט בקטע מצולם של עצמה, שבו היא מציגה את זהותה היהודית ואת כוונת הנקמה שלה. להמחשת אופיו של סרט הצילום כחומר בעירה, משתמש טרנטינו בקטע מן הסרט "סבוטז'" של אלפרד היצ'קוק.
פרק רביעי: מבצע קינו.
הבריטים שומעים על כוונתם של נאצים בכירים רבים להופיע להקרנת הבכורה של הסרט "גאוות האומה", והגנרל אד פינץ' (מייק מאיירס) הבריטי שולח לפריז קצין מומחה לסרטי הרייך השלישי, סגן ארצ'י היקוקס (מיכאל פסבנדר), כדי להוביל מתקפה שתתרחש במהלך האירוע. היקוקס עובד עם ה"ממזרים" ועם סוכנת כפולה: השחקנית הגרמנייה בריג'ט פון האמרסמארק (דיאן קרוגר). פון האמרסמארק מארגנת מפגש עם היקוקס וה"ממזרים" במרתף של מסבאה צרפתית, אך בהגיעם למקום לבושים כקצינים נאצים, הם מגלים כי מבלים שם גם מספר חיילים נאציים, בהם סמל גרמני בשם וילהלם (אלכסנדר פיהלינג), שחוגג את לידת בנו עם חבריו. היקוקס, שטיגליץ ווילהלם וייקי, חבר נוסף ב"הממזרים": יהודי שהיגר לארצות הברית עם עליית הנאצים, נפגשים עם האמרסמארק, אבל המפגש משתבש כאשר וילהלם השיכור פותח בשיחה איתם ומציק לפון האמרסמרק. היקוקס מנסה לאיים עליו, אך וילהלם מבחין שלהיקוקס יש מבטא גרמני משונה. אז מתעורר חשדו של בכיר הגסטפו, דיטר הלסטרום (אוגוסט דיהל) שנוכח במקום. הוא שואל את היקוקס לגבי זהותו, והאחרון מספר את סיפור הכיסוי שלו. הלסטרום מתיישב בשולחן ומשוחח איתם, משחק איתם במשחק הומוריסטי ששוחק במקום, ולכאורה מנסה להיות ידידותי אליהם (כנראה כדי להוציא מהארבעה בקלות את האמת לגבי זהותו של היקוקס) אך כאשר הסועדים בשולחן מזמינים את המשקאות, היקוקס מזמין שלוש כוסות ויסקי באמצעות סימון באצבע, אמה וקמיצה (במקום באגודל, אצבע ואמה, כנהוג אצל גרמנים), לאחר הרמת הכוסיות, הלסטרום שולף אקדח ומכוון אל היקוקס. היקוקס מבהיר שהוא כבר מכוון אקדח אל הלסטרום מתחת לשולחן, ושטיגליץ שישב מימינו אוחז מיד בהלסטרום, כך שרובהו מכוון הישר לאשכיו מטווח אפס. בתום שיחה קצרה פורץ קרב יריות, וכולם נהרגים מלבד וילהלם ופון האמרסמארק, שנפצעת ברגלה. אז מגיע אלדו ריין ועושה עסקה עם וילהלם, שיניח לו לאסוף את פון האמרסמרק ובתמורה יחוס על חייו. וילהלם חושד בו, אך משתכנע להניח את נשקו ובריג'ט פון האמרסמארק יורה בו למוות, לאחר שכינה אותה "בוגדת מזדיינת" (כאשר הבין מריין כי היא סוכנת כפולה).
ריין חוקר את פון האמרסמארק על האירוע במסבאה, והיא מספרת על השינויים במיקום הקרנת הבכורה של סרט הקולנוע, ועל כך שהיטלר יהיה נוכח בה. ריין מחליט להמשיך את הפעולה בקולנוע עם שלושה "ממזרים" נוספים: דוני, יוטוביץ' (בי ג'י נובאק), ועומר (עומר דום), שייכנסו במסווה של המלווים האיטלקיים של האמרסמארק.
במקביל, קולונל האנס לנדה חוקר את הרציחות במסבאה. הוא מוצא נעל עקב מיותמת, ולידה מפית חתומה על ידי האמרסמארק שניתנה לווילהלם כמזכרת.
פרק חמישי: נקמת הפנים הענקיות.
בערב הקרנת הבכורה מגיעים האמרסמארק, ריין וה"ממזרים" האחרים כשהם מחופשים כמו שנקבע מראש. במהלך האירוע ניגש אליהם קולונל האנס לנדה ומתחיל לתחקרם. הוא שואל את גברת פון האמרסמארק לפשר פציעתה ברגל והיא משקרת לו כי מקור הפציעה הוא בתאונת טיפוס הרים. בהמשך הוא מבקש להכיר את מלוויה ומצליח בעזרת שליטתו השוטפת בשפה האיטלקית לגלות שאינם איטלקים. לאחר כניסת רוב הקהל להקרנה, הוא מתחקר את האמרסמארק בחדר פרטי ובודק האם הנעל שמצא במסבאה מתאימה לה. לאחר שמתברר לו כי חשדותיו אומתו, הוא חונק אותה למוות ומורה לעצור את ריין ויוטוביץ'.
לאחר שהוציא את ריין ויוטוביץ' מהקולנוע, לנדה מציע להם עסקה: הוא יאפשר את המשך הפעולה על ידי עומר ודוני שנותרו באולם, בתוספת הדינמיט שלקח מאלדו והניח תחת מושבו של היטלר, ובכך תושמד ההנהגה הנאצית ויושם הקץ למלחמת העולם השנייה - בתנאי שיקבל חסינות מפני העמדה לדין על פשעי מלחמה, עיטור הכבוד של הקונגרס האמריקאי עבורו ועבור ה"ממזרים", אזרחות אמריקאית, פנסיה צבאית מלאה וקרקע משלו על האי ננטקט במסצ'וסטס. הוא גם דורש שיגידו שהוא היה שותף למבצע. המפקד של ריין, המשוחח איתם במכשיר קשר (מגולם, בקולו בלבד, על ידי הארווי קייטל), מסכים לעסקה.
בינתיים בהקרנת הבכורה, מתחיל הסרט ונראה כי הקהל מגיב בהתלהבות רבה. שושנה מתכוננת בתא המקרין לשריפת האולם, ואילו מרסל נועל את דלתות האולם ומחכה מאחורי מסך הקולנוע, מוכן להצית את גלגלי הסרטים. פרדריק צולר עולה אל חדר ההקרנה אל שושנה, אך היא דוחה את חיזוריו. הוא מוחה על כך. שושנה משטה בו להאמין שהיא נכנעת לרצונותיו ומבקשת שינעל את הדלת, אך כשהוא מסתובב היא יורה בו והוא נופל. לאחר התבוננות בדמותו על מסך הקולנוע, שושנה מרחמת על צולר הנאנק וניגשת אליו, אך הוא יורה בה. שניהם שוכבים מתים על רצפת חדר ההקרנה.
במקביל, הקהל בקולנוע נדהם כאשר לקראת סיום הסרט מופיעה על המסך דמותה של שושנה, המודיעה כי היא יהודייה והצופים כולם עומדים להישרף. מרסל מצית את הסרטים, וכך המסך והאולם כולו עולים באש. דמות פניה של שושנה ממשיכה להיות מוקרנת על גבי המסך העולה באש ועשן. דוני ועומר אורבים להיטלר מחוץ לתאו ומחסלים אותו ואת יוזף גבלס, הרמן גרינג ומרטין בורמן. מתאו של הפיהרר יורים דוני ועומר לתוך ההמון המנסה לנוס. זמן קצר לאחר מכן, הדינמיט שלנדה לקח מרגליו של אלדו, והניח תחת מושבו של היטלר מתפוצץ, ובתוספת הפצצות של דוני ועומר שעמדו בסמוך, נוצר פיצוץ ענק שהורג את כל הנוכחים באולם.
בסצנה האחרונה, נוסעים לנדה והנהג שלו, עם ריין ויוטוביץ, אל קו החזית האמריקאי, שם הוא מסגיר את עצמו כחלק מהעסקה שנקבעה. בקו החזית, הוא נותן את הנשק שלו לריין במעשה סמלי של כניעה. ריין מבקש את הסכין שלו בחזרה ולאחר מכן אוזק את לנדה באזיקים. ריין יורה בנהג של לנדה ומורה ליוטוביץ לקרקף אותו. לנדה זועם ונחרד, וריין אומר לו שהממונים עליו רק ינזפו בו בשל הפרה קלה זו של תנאי העסקה ולא יענישו אותו.
לבסוף, ריין עושה ללנדה מה שעשה לכל נאצי ששחרר בחיים לאחר תקיפותיו: חורט על מצחו צלב קרס כאות קלון.
יצירת הסרט.