De film speelt zich af in Los Angeles in de jaren twintig en vertelt het verhaal van Christine Collins (gespeeld door Angelina Jolie), een alleenstaande moeder wiens negenjarige zoon Walter vermist wordt. Wanhopig op zoek naar haar zoon, wendt Christine zich tot de politie van Los Angeles voor hulp.
De politie, die de zaak graag snel wil sluiten, presenteert Christine na enkele maanden met een jongen waarvan zij beweren dat het Walter is. Ondanks dat Christine volhoudt dat de jongen niet haar zoon is, dwingt de politie haar hem te accepteren.
Terwijl Christine blijft vechten voor de waarheid, ontdekt ze een verontrustend web van corruptie en misbruik binnen de LAPD. Ze ontdekt dat de politie kinderen heeft ontvoerd en hen heeft laten doorgaan voor verdwaalde of weggelopen jongeren om aan hun quota te voldoen en een hoog opruimingspercentage te handhaven. Christine's meedogenloze streven naar gerechtigheid, dat steun krijgt van een sympathieke arts en een dominee, legt het wangedrag van de afdeling bloot en leidt tot hervormingen.
Uiteindelijk, door de inspanningen van een door Christine ingehuurde privédetective, wordt de echte Walter ontdekt, slechts een paar blokken verwijderd van Christine's huis. Het blijkt dat hij is ontvoerd door een seriemoordenaar genaamd Gordon Northcott, die hem samen met andere kinderen gevangen hield en mishandelde. Walter wordt gered en de waarheid over de acties van de LAPD komt aan het licht.
‘Changeling’ is een krachtig drama dat elementen van misdaad, mysterie en sociaal commentaar combineert.