Le film se déroule à Los Angeles dans les années 1920 et raconte l'histoire de Christine Collins (interprétée par Angelina Jolie), une mère célibataire dont le fils de neuf ans, Walter, disparaît. Désespérée de retrouver son fils, Christine se tourne vers la police de Los Angeles pour obtenir de l'aide.
Cependant, la police, désireuse de clore l'affaire rapidement, présente à Christine un garçon qu'elle prétend être Walter après plusieurs mois. Malgré l'insistance de Christine sur le fait que le garçon n'est pas son fils, la police la contraint à l'accepter.
Alors que Christine continue de se battre pour la vérité, elle découvre un réseau inquiétant de corruption et d'abus au sein du LAPD. Elle apprend que la police a enlevé des enfants et les a fait passer pour des jeunes perdus ou en fuite pour respecter leurs quotas et maintenir un taux de résolution élevé. La quête incessante de justice de Christine, qui bénéficie du soutien d'un médecin sympathique et d'un révérend, révèle la mauvaise conduite du ministère et conduit à des réformes.
Finalement, grâce aux efforts d'un détective privé engagé par Christine, le vrai Walter est découvert vivant à quelques pâtés de maisons du domicile de Christine. Il s'avère qu'il a été kidnappé par un tueur en série nommé Gordon Northcott, qui l'a gardé captif et maltraité, ainsi que d'autres enfants. Walter est sauvé et la vérité sur les actions du LAPD apparaît au grand jour.
"Changeling" est un drame puissant qui combine des éléments de crime, de mystère et de commentaire social.