En 2007, John Maloof, un agent immobilier de Chicago qui a entrepris la création d'un ouvrage photographique sur l'histoire de sa ville, fait l'acquisition dans une vente aux enchères de boîtes contenant des dizaines de milliers de négatifs, ainsi que des rouleaux non encore émulsionnés. Coût de la transaction: 380$. Constatant que rien dans ces clichés ne correspond à ce qu'il recherche, l'historien amateur met les boîtes de côté, puis les ressort quelques années plus tard, encore intrigué par la qualité de certaines photos qu'il avait numérisés. Son enquête pour retracer leur auteure, Vivian Maier, le conduit à un avis de décès. Convaincu de la valeur de ces scènes de rues croquées durant la deuxième moitié du XXe siècle, Maloof monte une exposition qui révèle au monde le talent incomparable de cette artiste de l'ombre, célibataire modeste d'origine franco-autrichienne, qui a gagné sa vie comme gardienne d'enfants. Afin d'en tracer le portrait le plus juste possible, Maloof part à la rencontre des personnes qui l'ont connue.