Dans le Wyoming, à la fin des années 1890. Butch Cassidy et Sundance Kid ont mis leur solide amitié au service d'un art consommé du hold-up. Ils poussent la virtuosité jusqu'à imaginer de dévaliser deux fois le même train. Le succès est total et les bandits peuvent une fois de plus s'enfuir sans inquiétude. Un jour, cependant, l'une de leurs attaques échoue en raison d'une mauvaise évaluation de la charge de dynamite. La police se lance sur leurs traces. Le Kid et Cassidy, qui refusent de se séparer, ne doivent leur salut qu'à un saut vertigineux dans le lit d'un torrent. Les deux malfrats, accompagnés d'Etta Place, la petite amie de Cassidy, décident de s'exiler en Bolivie. Ils y reprennent leurs lucratives activités..