Di Perancis, yang ditakhluk Nazi semasa Perang Dunia Kedua, satu rancangan bagi membunuh pemimpin Nazi oleh sekumpulan tentera Yahudi Amerika Syarikat bersama dengan rancangan dendam seorang pemilik pawagam bagi matlamat yang serupa.

Pada tahun 1941, SS kolonel Hans Landa, "Pemburu Yahudi", menyoal siasat petani tenusu Perancis Perrier LaPadite mengenai di mana keluarga Yahudi yang terakhir di kejiranan yang belum dijumpai. Di bawah ancaman gangguan berterusan daripada Jerman, LaPadite mendedahkan bahawa keluarga Dreyfus bersembunyi di bawah lantai. Landa memerintah tentera SS untuk menembak melalui lantai dan membunuh keluarga tersebut. Kesemuanya terbunuh kecuali Shosanna, yang lepas lari dan melarikan diri melalui padang. Landa melihat dia pergi, memutuskan untuk tidak menembaknya di saat terakhir.

Pada musim bunga tahun 1944, Pasukan Perkhidmatan Khas Pertama, Leftenan Aldo Raine merekrut tentera Yahudi-Amerika bagi pasukan Basterds, yang menimbulkan rasa takut di kalangan tentera Jerman dengan membunuh mereka secara kejam di belakang garisan musuh. The Basterds turut merekrut Staf Sarjan Hugo Stiglitz, seorang askar Jerman yang membunuh tiga belas pegawai Gestapo. Adolf Hitler wawancara seorang tentera Nazi, Prebet Butz, yang menceritakan bagaimana pasukannya telah diserang hendap dan sarjannya dipukul hingga mati dengan kayu bola lisut oleh Staf Sarjan Donny Donowitz, "Beruang Yahudi". Raine mengukir swastika pada dahi Butz dengan pisau supaya dia tidak dapat lepas dari identiti Nazinya.

Pada bulan Jun 1944, Shosanna Dreyfus mengendalikan sebuah pawagam di Paris di bawah nama palsu. Dia bertemu Fredrick Zoller, seorang penembak tepat Jerman yang telah membunuh 250 askar dalam satu pertempuran; Zoller merupakan bintang dalam filem propaganda Nazi, Stolz der Nation (Maruah Bangsa). Tergila-gila dengan Shosanna, Zoller menyakinkan Joseph Goebbels untuk mengadakan tayangan perdana di pawagamnya. Shosanna merancang dengan projektor dan kekasihnya, Marcel, untuk membakar pawagam dan membunuh pemimpin-pemimpin Nazi semasa tayangan perdana. Sementara itu, rekrut British Leftenan Archie Hicox, pengkritik filem yang pakar dalam pawagam Jerman, merancang operasi yang sama. Hicox akan berjumpa dengan ejen talam dua muka, bintang filem Jerman Bridget von Hammersmark, dan pasukan Basterds untuk memasang bahan letupan di pawagam.

Hicox, bersama-sama dengan Hugo Stiglitz dan Wilhelm Wicki dari Basterds, bertemu dengan von Hammersmark di sebuah kedai minuman, di mana Staf Sarjan Jerman Wilhelm menyambut kelahiran anaknya. Major Dieter Hellstrom, seorang pegawai Gestapo, menyedari loghat ganjil Jerman Hicox dan menjadi syak. Hicox menyakinkan Hellstrom bahawa dia adalah dari pergunungan Jerman, tetapi mendedahkan dirinya dengan memesan segelas minuman dengan isyarat tangan yang salah. Selepas kebuntuan Mexico, pasukan Basterds melepaskan tembakan dan semua orang tetapi Wilhelm dan von Hammersmark yang cedera terbunuh. Raine tiba di kedai minuman itu dan berunding dengan Wilhelm untuk melepaskan von Hammersmark, tetapi von Hammersmark menembak Wilhelm apabila dia terlalai. Landa menyiasat tempat kejadian dan menjumpai bukti bahawa von Hammersmark berada di sana, termasuk kasut yang hilang.

Raine mengetahui dari von Hammersmark, selepas menyiksanya, bahawa Hitler akan menghadiri tayangan perdana dan memutuskan untuk meneruskan misi. Dua daripada Basterds, Donowitz dan Ulmer, menyertai beliau dengan menyamar sebagai orang Itali, dengan harapan bahawa pengendalian bahasa Itali terhad mereka akan menipu orang Jerman tidak biasa dengan bahasa itu. Landa, yang fasih berbahasa Itali, berbual secara ringkas dengan Basterds sebelum menghantar Donowitz dan Ulmer ke kedudukan mereka. Dia mengambil von Hammersmark ke bilik peribadi, menggantikan kasutnya dengan yang dari kedai minuman, dan mencekiknya sehingga mati. Dia memerintah Raine dan Utivich ditangkap, tetapi disebalik memberikan amaran, menyuruh Raine menghubungi pegawai atasannya dengan OSS. Landa membuat perjanjian, untuk membolehkan misi diteruskan sebagai pertukaran untuk kekebalan dan ganjaran.

Semasa tayangan, Zoller menyelit masuk ke bilik tayangan untuk berjumpa Shosanna, yang menolak dia. Selepas dia menjadi marah dan menolak pintu terbuka, Shosanna menembak dia, tetapi dia turut menembak Shosanna sebelum mati. Semasa filem Zoller ini mencapai kemuncak, rakaman Shosanna disambung masuk memberitahu penonton bahawa mereka akan dibunuh oleh seorang Yahudi. Marcel, setelah mengunci pintu pawagam, menyalakan timbunan filem nitrat mudah terbakar di belakang skrin ketika imej Shosanna ketawa. Ulmer dan Donowitz memecah masuk ke dalam kotak yang mengandungi Hitler dan ketua Nazi yang lain, membunuh mereka, kemudian menembakkan submesingan mereka ke arah orang ramai sehingga bom meletup, membunuh semua yang hadir termasuk Ulmer dan Donowitz.

Landa dan pengendali radionya memandu Raine dan Utivich ke wilayah Bersekutu, di mana mereka menyerah diri. Raine menembak pengendali radio, mengukir lambang swastika pada dahi Landa, dan berkata kepada Utivich dengan senyuman, "Ini mungkin menjadi karya agung saya."