En 1958, Margaret Ulbrich deja a su marido y se lleva a su pequeña hija Jane a North Beach, San Francisco. Manteniendo a su hija sola, Margaret consigue un trabajo pintando ilustraciones en una fábrica de muebles. Mientras realiza retratos en una exposición de arte al aire libre, Margaret conoce a Walter Keane, que está vendiendo sus cuadros de escenas callejeras parisinas. Pronto, Walter le propone matrimonio y se casan.
Walter acude a un popular club de jazz (el hambriento i) e intenta convencer al dueño del club, Enrico Banducci, de que compre los cuadros de la pareja. Éste sólo accede a alquilar las paredes a Walter. Una mujer borracha se emociona con uno de los cuadros de Margaret y lo compra. Walter se pelea con Banducci y acaba en la portada del periódico local. Cuando Walter vuelve a ir al club, éste se llena de curiosos. Dick Nolan, un columnista de cotilleos de famosos (que sirve de narrador de la película), quiere saber más sobre el arte de Walter, pero sólo se interesa por los cuadros de Margaret. Después, Walter le enseña a Margaret todo el dinero que han ganado con las ventas. Le dice que son un gran equipo: ella puede quedarse en casa pintando y él venderá sus obras.
Walter abre su propia galería Keane, promocionando el arte como su propia obra, y vende reproducciones. Sin embargo, a Margaret le molesta que Walter se atribuya el mérito de su arte, y se siente culpable por haber mentido a Jane sobre quién es el verdadero artista. Margaret decide pintar con un estilo diferente, con rasgos alargados y ojos pequeños, para poder decir honestamente a la gente que también es pintora.
Margaret y Walter se mudan a una mansión. Mientras revisa un cajón, Margaret encuentra una pila de cuadros de escenas callejeras parisinas, pero todos están firmados por S. CENIC. Se da cuenta de que Walter pinta sobre el nombre del artista original y reclama los cuadros como suyos. Cuando Margaret se enfrenta a Walter, éste le dice que siempre quiso ser artista, pero que nunca tuvo el talento necesario.
Walter se entera de la Feria Mundial de Nueva York y exige a Margaret que pinte algo para exponerlo; ella se niega y Walter amenaza con matarla. Jane descubre a su madre trabajando en el cuadro de la Feria Mundial «Mañana por siempre». Jane le dice a su madre que siempre supo que ella era la verdadera artista.
En una fiesta, Walter se enfada tras leer la mordaz crítica de John Canaday sobre la exposición Tomorrow Forever y se enfrenta a Canaday. De vuelta a casa, Walter empieza a lanzar cerillas encendidas borracho a Margaret y Jane. Ellas corren al estudio y cierran la puerta, pero Walter casi incendia la casa. Margaret huye con Jane.
Un año después, Margaret y Jane se han instalado en Honolulu, Hawái. Walter no acepta el divorcio a menos que Margaret ceda los derechos de todos los cuadros y produzca cien más. Margaret acepta y sigue enviando cuadros a California. Margaret recibe la visita de dos testigos de Jehová que la convencen de que la honestidad es importante. La siguiente vez que Walter recibe los cuadros, éstos están firmados «MDH Keane». En un programa de radio hawaiano, Margaret revela que ella es la verdadera artista que está detrás de los cuadros atribuidos a Walter, lo que se convierte en noticia nacional. Nolan publica las afirmaciones de Walter de que Margaret se ha «vuelto loca». Margaret demanda a Walter y a los periódicos que publicaron su versión de la historia por difamación y calumnia.
En el juicio, los periodistas se agolpan en el juzgado de Honolulu. El juez dictamina inmediatamente que las declaraciones de Margaret en la prensa han contribuido a la idea pública de que Walter ha pintado los cuadros, y por ello desestima la demanda por difamación contra los periódicos. Dado que la demanda por difamación sólo afectaba al periódico y a sus abogados, a Walter le toca defenderse de las calumnias, incluso interrogándose a sí mismo como «testigo». El juez ordena a Margaret y a Walter que creen un cuadro en una hora para demostrar quién es el verdadero artista. Margaret pinta con constancia, pero Walter se muestra indeciso, alegando que le duele demasiado el brazo para sostener el pincel. Margaret completa su cuadro y gana el juicio. Fuera del juzgado, Margaret dice que no le importa el dinero y que sólo quiere el reconocimiento de sus cuadros. Un admirador le pide que le firme un ejemplar de Los maestros del mañana y ella lo hace, autografiando finalmente su propia obra.
Los créditos finales dicen entonces que Margaret se retiró más tarde en vida y abrió una galería de arte, mientras que Walter siguió insistiendo en que él era el verdadero artista pero nunca produjo nada que respaldara sus afirmaciones, y finalmente murió amargado y sin dinero.
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