Riggan Thomson (Michael Keaton) wurde als Hauptdarsteller in dem Hollywood-Blockbuster „Birdman“ berühmt, aber seit keine weiteren Sequels und Prequels mehr gedreht werden, interessiert sich niemand mehr für ihn. Seine Ehe scheiterte, und weder er noch seine Exfrau Sylvia (Amy Ryan) konnten verhindern, dass die Tochter Sam (Emma Stone) drogensüchtig wurde. Für Riggan war die Verkörperung der Comic-Figur prägend: Immer wieder hält er Zwiesprache mit Birdman, der für ihn zum Über-Ich geworden ist. Außerdem bildet Riggan sich ein, über die telekinetischen Fähigkeiten des Superhelden zu verfügen.

Um das lang anhaltende Karriere-Tief zu überwinden, bearbeitet Riggan Thomson die Kurzgeschichte „Wovon wir reden, wenn wir von Liebe reden“ von Raymond Carver fürs Theater, gewinnt den mit ihm befreundeten Rechtsanwalt Jake (Zach Galifianakis) als Produzenten und übernimmt in einem Theater am Broadway sowohl die Regie als auch die männliche Hauptrolle.

Seine Lebensgefährtin Laura (Andrea Riseborough) spielt in dem Stück mit, und Riggan beschäftigt seine kürzlich aus einer Entzugsklinik entlassene Tochter als Assistentin.

Aufgrund der unzureichenden schauspielerischen Fähigkeiten seines Bühnenpartners Gabriel (Damian Young) befürchtet Riggan einen Misserfolg. Kurz vor der Premiere wird Gabriel jedoch von einem herabstürzenden Scheinwerfer schwer verletzt. (Später wird Riggan behaupten, es sei kein Unfall gewesen, sondern ein Ergebnis seiner telekinetischen Fähigkeiten.) Die Schauspielerin Lesley (Naomi Watts) schlägt ihren Freund Mike Shiner (Edward Norton) als Ersatz vor, und Riggan überredet Jake, das zusätzliche Geld für die Gage des erfolgreichen Broadway-Schauspielers zu besorgen. Der Exzentriker droht Riggan Thomson an die Wand zu spielen, aber sein Name auf dem Programm steigert auch die Zahl der verkauften Karten.

Sorgen machen sich Riggan und Jake, weil Gabriel mit einer Schadenersatzklage droht, die das ganze Vorhaben zum Scheitern bringen und den Produzenten finanziell ruinieren könnte. Sam wirft ihrem Vater vor, es gehe ihm nicht um Kunst, sondern lediglich darum, sich wichtig fühlen zu können. Hin und wieder kommt Amy ins Theater und konfrontiert ihren Ex-Mann mit der Behauptung, er wolle bewundert werden und verwechsle das mit Liebe. Darüber hinaus setzt Laura ihren Lebensgefährten mit einer vorgetäuschten Schwangerschaft unter Druck. Riggan gerät an den Rand eines Nervenzusammenbruchs.

Als Mike Shiners Rolle vorsieht, dass er Gin trinkt, der Regisseur jedoch Wasser auf den Tisch stellt, rastet der Schauspieler aus, denn er ist vom Method Acting überzeugt und will Alkohol trinken, wenn er einen Betrunkenen spielen soll.

Bei der Vorpremiere macht Mike seine Freundin und Bühnenpartnerin Lesley in der Bettszene am Ende des Stücks flüsternd auf seine Erektion aufmerksam und schlägt ihr begeistert vor, den Geschlechtsverkehr nicht nur zu simulieren. Lesley ist entsetzt. Aber in diesem Augenblick platzt Riggan, wie vorgesehen, ins Schlafzimmer und fuchtelt mit einer Pistole herum. Mike springt mit einer in der Unterhose deutlich erkennbaren Erektion aus dem Bett.

Hinter den Kulissen beklagt Lesley sich darüber, dass Mike es auf der Bühne vor den Zuschauern mit ihr treiben wollte, im Privatleben jedoch seit acht Monaten keine Erektion mehr zustande brachte. Mike beschwert sich dagegen bei Riggan über die Waffenattrappe: Weil diese wie eine Spielzeugpistole aussehe, falle es ihm schwer, so zu tun, als fürchte er sich davor.

Während einer weiteren Vorpremiere geht Riggan zum Rauchen ins Freie. Als die Tür des Seiteneingangs zuschlägt und seinen Bademantel einklemmt, bleibt ihm nichts anderes übrig, als unter dem Gejohle der Passanten in der Unterhose über den Times Square zum Haupteingang zu laufen und dort durchs voll besetzte Parkett auf die Bühne zu gehen. Die Handyvideos von dem Vorfall werden bei YouTube millionenfach angeklickt und setzen Riggan Thomson dem Gespött der Öffentlichkeit aus.

Tabitha Dickinson (Lindsay Duncan), die Theaterkritikerin der New York Times, kündigt Riggan einen Verriss an, obwohl sie weder eine Probe noch eine Vorpremiere gesehen hat. Er hätte sich vorab ihren Segen holen sollen, meint sie hochnäsig. Riggan wirft ihr vor, im Gegensatz zu ihm in ihrem Job nichts zu riskieren.

Frustriert kauft er sich eine Flasche Whisky und schläft wie ein Obdachloser auf der Straße. Nachdem er am nächsten Tag aufgewacht ist, fliegt er wie Birdman durch die Häuserschluchten zum Theater. Während er durch den Haupteingang hineingeht, läuft ihm ein Taxifahrer (Ebrahim Jaffer) nach und beschwert sich über den Fahrgast, der nicht zahlte.

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Bei der Premiere verwendet Riggan eine echte Pistole. Die hält er sich in der letzten Szene an den Kopf und drückt ab. Er bricht zusammen. Das Publikum applaudiert und erhebt sich zu Standing Ovations.

Im Krankenhaus kommt Riggan wieder zu sich: Er hat sich zwar nicht in den Kopf getroffen, aber die Nase weggeschossen. Jake bringt ihm begeistert die Zeitungen: Die Premiere war ein voller Erfolg, und die Kritiker feiern die Aufführung als „superrealistisch“.

Sam bahnt sich durch eine Pressemeute im Korridor des Krankenhauses einen Weg zu ihrem Vater. Sie erzählt ihm, dass sie einen Twitter-Account für ihn eingerichtet habe und die Zahl der Follower bereits sehr hoch sei. Dann geht sie kurz hinaus, um nach einer Vase für den mitgebrachten Flieder zu suchen. Als sie zurückkommt, liegt Riggan nicht mehr im Bett. Im Bad findet Sam ihn auch nicht. Schlimmstes befürchtend, schaut sie aus dem Fenster. Aber ihr Vater liegt nicht zerschmettert auf der Straße. Erleichtert blickt sie nach oben – und ein Lächeln breitet sich in ihrem Gesicht aus.