1993年、シングルマザーで3人の子供をもつエリン・ブロコビッチ(ジュリア・ロバーツ)は、失業中だった。そんな彼女は、職探し中に追突事故を起こされる。
相手の過失であり、エドワード・L・マスリー(アルバート・フィニー)弁護士に依頼し、訴訟を起こすのだが、相手は医師ということもあり、さらにはエリンの暴言も相まって敗訴してしまう。
貯金も底をつき、エリンは「勝てる裁判で負けたのだから」と、エドワード弁護士に自分を雇うよう迫る。結果、彼女は強引に弁護士事務所で働き始めるのだった。
エリンはファイル整理の仕事をしていて、ドナ・ジェンセン(マーグ・ヘルゲンバーカー)の案件の書類に目を留める。ドナは家を売りに出していたが、まだ売れておらず、体調不良を訴えていた。夫もホジキンリンパ腫で治療中だった。
エリンは、天然ガス・電力供給を行う企業PG&Eがドナの検査費用を支払っていたことに疑問を抱く。彼女は水道管理局で調査を始め、PG&Eが高濃度の六価クロム溶液を使用しており、地下室汚染を行っていると突き止める。
エリンは、エドワード弁護士とともに調査結果をPG&Eへと通知する。すると、顧問弁護士がドナの自宅を破格の値段で買い取ると連絡するのだった。だが、健康被害はPG&Eの地下水汚染によるものであると主張し、エドワード弁護士らは拒否する。
さらに、エリンは近隣住民たちに会い、そこでドナと同様に近隣住民たちにも健康被害が現れていることを突き止めるのだった。集団訴訟を提案し、了承を得る。エリンは仕事にのめり込み、公害訴訟に強いカート・ポッター(ピーター・コヨーテ)弁護士の支援を受けつつ資料集めに奔走する。
PG&E側としては、裁判を長引かせることも可能であり、エドワード弁護士は和解を提案する。だが、それには大多数の原告の同意が必要だった。エリンは、634人もの原告を説得する。
そんな中、エリンはバーで知り合ったPG&E勤務の男性チャールズ・エンブリー(トレイシー・ウォルター)と知り合う。エリンは、会社側が被害を認識していながら、必要な措置をとっていないことが明らかとなる1966年からの資料をチャールズから手に入れる。
それが決定打となり、PG&E側は和解に応じる。和解金は3億3300万ドルとなり、癌を発症したドナにも多額の賠償金が支払われた。大きな役割を果たしたエリンは、200万ドルものボーナスを得て喜ぶのだった。
