David Starsky (Ben Stiller) e Ken Hutchinson (Owen Wilson) são dois policiais que, em plena década de 70, trabalham na cidade de Bay City. Starsky e Hutch sempre são designados para investigar os casos mais complicados de sua área, sendo que desta vez eles precisam investigar um traficante de drogas que atua no ramo desde seus tempos de estudante na universidade local. Para tanto eles contam com a ajuda do capitão Doby (Fred Williamson) e de Huggy Bear (Snoop Dogg), um informante das ruas.