Als US-Präsident John F. Kennedy (Steve Reed) am 22. November 1963 mit der First Lady Jacqueline („Jackie“) Bouvier Kennedy (Jodie Farber) und dem Senatorenehepaar Connally (Randy Means, Columbia Dubose) im offenen Wagen durch Dallas fährt, stirbt er bei einem Attentat. Lee Harvey Oswald (Gary Oldman), der die Schüsse aus einem Fenster des Schulbuchdepots abgegeben haben soll, wird noch am selben Tag verhaftet, aber zwei Tage später in der Tiefgarage des Polizeipräsidiums von dem Nachtklubbesitzer Jack Ruby (Brian Doyle-Murray) erschossen.

An Kennedys Todestag gerieten die betrunkenen Privatdetektive Jack Martin (Jack Lemmon) und Guy Banister (Edward Asner) in einen Streit, der zu einer Schlägerei ausartete. Jack Martin behauptete dann gegenüber dem FBI, der unter anderem auch für Guy Banister tätige Pilot David W. Ferrie (Joe Pesci) habe Lee Harvey Oswald nach Texas geflogen und mit ihm den Plan für den Anschlag ausgearbeitet. Bei der Vernehmung durch den Bezirksstaatsanwalt Jim Garrison (Kevin Costner) in New Orleans bestreitet David Ferrie, Lee Harvey Oswald auch nur gekannt zu haben, muss aber zugeben, zur Tatzeit in Texas gewesen zu sein. Weil er sich in Widersprüche verwickelt, lässt Jim Garrison ihn verhaften, aber das FBI ordnet kurz darauf nicht nur Ferries Freilassung an, sondern distanziert sich zugleich vom Staatsanwalt.

1966 erregt sich Jim Garrison noch immer über Fehler und Versäumnisse bei den Ermittlungen zum Kennedy-Attentat. Die Warren-Kommission kam zwar zu dem Ergebnis, dass John F. Kennedy von dem Einzeltäter Lee Harvey Oswald ermordet wurde und es keine Verschwörung gab, aber Jim Garrison hält das für falsch. Er ist überzeugt, dass Mittäter, zumindest aber Hintermänner in das Attentat involviert waren. Mit Hilfe seines Teams geht er Widersprüchen und offenen Fragen nach.

Liz Garrison (Sissy Spacek) versucht verzweifelt, ihren Ehemann von seiner Obsession abzubringen. Sie wirft ihm vor, die Aufklärung des Kennedy-Attentats sei ihm wichtiger als Frau und Kinder. Die Ehe droht darüber zu zerbrechen.

Statt den Ostersonntag mit seiner Familie zu verbringen, vernimmt Jim Garrison den schwulen Geschäftsmann Clay Shaw (Tommy Lee Jones), der von dem Stricher Willie O’Keefe (Kevin Bacon) in Zusammenhang mit einer Verschwörung gegen den US-Präsidenten John F. Kennedy gebracht wurde. Clay Shaw leugnet, Willie O’Keefe zu kennen, aber Jim Garrison glaubt ihm nicht.

Ein ehemaliger Colonel, der seinen Namen nicht nennen will (Donald Sutherland), wendet sich an den Staatsanwalt. Mister X behauptet, er wäre für die Sicher­heits­vorkeh­rungen anlässlich des Besuchs von John F. Kennedy in Dallas verantwortlich gewesen, wenn man ihn nicht zum Südpol geschickt hätte. Zur Tatzeit sei er in Neuseeland gewesen. Dort war es 7.30 Uhr des folgenden Tages, als die Schüsse in Dallas fielen. Um 8.50 Uhr wurde Lee Harvey Oswald festgenommen, aber zunächst nur wegen eines Polizistenmordes. Mit dem Attentat brachte man ihn erst später in Zusammenhang. Mr X bekam jedoch bereits am 23. November gegen 12.00 Uhr Ortszeit in Neuseeland ein Extrablatt des „Christchurch Star“ mit einer ausführlichen Berichterstattung über den mut­maß­lichen Kennedy-Mörder Harvey Lee Oswald. Die Redaktion musste die ent­sprechen­den Informationen bereits vor dem Attentat zugespielt bekommen haben. Mister X meint, es sei kein Zufall gewesen, dass man ihn vor dem Besuch des US-Präsidenten in Dallas weggeschickt habe. Er ist überzeugt, dass die Draht­zieher des Anschlags beim Militär und in der Rüstungsindustrie zu suchen sind:

„Wie sieht der Verteidigungsetat aus, seitdem der Krieg begonnen hat? 75 Milliarden Dollar, 1966, demnächst werden es 100 Milliarden sein; bis der [Vietnam-]Krieg zu Ende ist, werden es fast 200 Milliarden sein. 1949 waren es 10 Milliarden. Gibt es keinen Krieg, gibt es kein Geld.“

Jim Garrison kommt zu dem Schluss, dass an Kennedys Ermordung außer Militär- und Industriekreisen auch das FBI und die CIA, Kuba und die Mafia mitwirkten. Er will beweisen, dass Lee Harvey Oswald nicht allein handelte, sondern zu einem von drei koordinierten Teams mit je einem Schützen gehörte, die rings um die Dealey Plaza in Dallas postiert waren und warteten, bis der Wagen mit dem Präsidenten in alle drei Schussfelder zugleich kam. Erst der sechste Schuss war tödlich, und der kam nicht aus dem Schulbuchdepot.

Aus Protest gegen Jim Garrisons Verbohrtheit verlassen Bill Broussard (Michael Rooker) und Lou Ivon (Jay O. Sanders) das Ermittlerteam des Staatsanwalts.

Der lässt am 1. März 1967 Clay Shaw festnehmen und führt im Gerichtsprozess gegen den Geschäftsmann die Anklage. Die Geschworenen folgen seinem Plädoyer allerdings nicht, sondern sprechen Clay Shaw am 29. Januar 1969 frei.