Un grupo de jóvenes pistoleros se dedica a asaltar los bancos del estado de Wyoming y el correo ferroviario de la Unión Pacific. El jefe de la banda es el carismático Butch Cassidy y su principal e inseparable compañero es Sundance Kid, otra de las pistolas más rápidas del Oeste. Un día, tras un atraco, el grupo es perseguido por los comisarios de la Unión Pacific, provocando su disolución. Será entonces cuando Butch, Sundance y una guapa maestra de Denver llamada Etta Place formen un trío de románticos fugitivos que, robando por oficio y divirtiéndose con el riesgo, tienen siempre a la ley pisándoles los talones, lo que provoca que salgan de Estados Unidos viajando hasta Bolivia.