Los Angeles, marzo de 1928. Un precioso sabado por la mañana en un barrio obrero, Christine Collins, madre soltera, se despide de Walter, su hijo de nueve años, para acudir a su trabajo de operadora telefonica. Pero cuando Christine regresa a su casa, se enfrenta a la peor pesadilla de cualquier madre: su hijo ha desaparecido.

Tras denunciarlo ante la policia, empieza una minuciosa e infructuosa busqueda, que sin embargo finaliza cinco meses despues cuando aparece otro niño que asegura ser su hijo. La policia, a la que le vendra muy bien la publicidad que surgira de un reencuentro publico, le entrega el niño. Pero Christine no se rinde e insiste en que la policia siga buscando a su verdadero hijo, a pesar de enfrentarse a un departamento de policia corrupto que cuestiona su salud mental y a un publico esceptico deseoso de ver un final feliz.