Hedwig se sometió a una operación de cambio de sexo que le permitió casarse con un soldado americano y alcanzar la libertad al otro lado del Muro de Berlín. Sin embargo, la operación salió mal y Hedwig se quedó con esa “pulgada irritada” (“angry inch”) que da nombre a la película. En un parque de caravanas de Kansas, Hedwig decidió formar un grupo de rock. Así conoció a Tommy Gnosis, un joven que fue su amante y protegido antes de abandonarla, robarle sus canciones y triunfar como estrella del rock. Acompañada de su grupo paneslavo, “The Angry Inch”, siguió a Tommy en su gira, tocando en locales medio vacíos. Por medio de un collage de canciones, flashbacks e imágenes animadas, Hedwig cuenta la historia de su vida e intenta sacar partido de la prensa amarilla que se interesa por ella por haber sido amante del famoso cantante de rock Tommy Gnosis.

Narra tres historias unidas, y situadas en diferentes continentes, sobre la lucha contra el SIDA. En China, Jing Ping (Lucy Liu) instala un banco de sangre móvil en un área rural remota; cuando la gente comienza a enfermarse, un joven granjero intenta descubrir la causa. En Sudáfrica, un grupo de monjas (Chloë Sevigny, Olympia Dukakis y Sandra Oh) intentan salvar almas, pero descubren que la dura realidad cotidiana genera múltiples problemas. En Canadá un joven actor porno, Denys (Shawn Ashmore) se enfrenta a una serie de sucesos que cambiarán su vida.

Sofia (Sook-Yin Lee) es una sexóloga que no ha tenido nunca un orgasmo; hace años que simula placer con su marido Rob (Raphael Barker). Conoce a Severin (Lindsay Beamish), una dominadora que se presta a ayudarla. Dos pacientes de Sofia, James (Paul Dawson) y su compañero Jamie (PJ DeBoy), piensan en incluir a un tercero, Ceth (Jay Brannan), en su relación sexual, pero Jamie no acaba de decidirse. Todos se encuentran en "Shortbus", un lugar fuera de lo común donde se mezcla la política, el arte y el sexo.