Édith Giovanna Gassion wordt eind 1915 geboren en groeit op in de gevaarlijkste straten van Parijs. Haar moeder werkt in een bordeel, dus brengt ze haar armoedige jeugd grotendeels bij haar drinkende oma door. Al snel dwingt haar vader haar om tussen de hoeren en dronkenlappen op straat te gaan zingen. Ze weet hem te ontlopen door met haar halfzusje Simone (Sylvie Testud), die ze Mômone noemt, zingend door te stad te zwerven. Vijf jaar later ontdekt Louis Leplée (Gérard Depardieu) haar bijzondere stem en treed de nerveuze Édith (Marion Cotillard) voor het eerst op in zijn nachtclub. Louis noemt haar zijn kleine mus (‘La Mome Piaf’), waarna haar naam definitief gevestigd is als Édith Piaf.

De Franse zangeres leeft groots en meeslepend, breekt na de oorlog zelfs door in New York, maar krijgt ook veel ellende te verduren. Ze verliest haar enig kind op jonge leeftijd en ook haar grote liefde Marcel Cerdan (Jean-Pierre Martins) sterft kort na hun ontmoeting. Ze vlucht in drank en drugs, ook al overwint ze veel leed door het te verwerken in haar vlijmscherpe teksten. Chansons als 'La Vie en Rose', 'Milord' en vooral 'Non, Je Ne Regrette Rien' zijn nog steeds wereldwijd bekend en plaatsen Piaf tussen haar even beroemde vrienden Jean Cocteau, Charles Aznavour en Marlène Dietrich. De film volgt haar van de toppen van het internationale succes tot in de duistere tijden van schandalen en tragedie.