הסרט מתרחש בסוף שנות ה-1890 בויומינג. בוץ' קסידי (פול ניומן) הוא מנהיגה של כנופיית החור בקיר. לאחר שהוא וחברו סאנדנס קיד (רוברט רדפורד) חוזרים מביצוע שוד הם מגלים שהארווי לוגן (טד קסידי) השתלט על הכנופיה וברצונו לשדוד פעמיים את אותה רכבת. הוא קורא תיגר על בוץ' והאחרון גובר עליו ומאמץ את רעיונו לשדוד את הרכבת פעמיים כדי להשיג את אפקט ההפתעה.