Leroy Parker a une admiration sans bornes pour Mike Cassidy, un desperado bien connu, et c'est pourquoi, lui, le petit commis boucher, a pris le nom de Butch (boucher) Cassidy pour commettre ses forfaits. Libéré de prison grâce à l'intervention du sheriff Bledsoe, Butch quitte le Wyoming où il est indésirable et sa route croise alors celle d'un jeune hors-la-loi, Harry Longabaugh, qu'il surprend en train d'escroquer des joueurs de poker. Lorsque Harry s'est enfui, Butch participe à la poursuite menée par le sheriff Lefors afin de proposer une association à celui qu'il a reconnu comme un fin tireur. Mais ce dernier, sorti de sa cachette après le départ de Lefors, refuse les offres de Butch qui part alors retrouver un ami, O.C. Hanks, le chef d'une bande de voleurs de bétail. Surviennent alors Bledsoe et ses hommes. Hanks est arrêté et, persuadé que Butch l'a trahi, il jure de se venger. Peu après, Harry et Butch se rencontrent à nouveau et les deux hommes décident de marcher ensemble à la recherche d'une célébrité fondée sur les exactions. Commence alors une vie sans repos : d'une part parce que les deux compères, qui multiplient les hold-up, sont recherchés par Lefors et, d'autre part, parce que Hanks, rapidement évadé, est aussi à leur poursuite. Butch et son complice, qui a pris désormais le nom de Sundance Kid, sont bientôt rattrapés par Hanks qui blesse le Kid. C'est dans la famille de Butch, auprès de sa femme Mary et de ses deux fils, que Sundance reçoit tous les soins nécessaires à son rétablissement pendant que Cassidy a repris son travail de boucher. Mais Hanks surgit. Sundance le tue. Butch et lui reprennent leur vie errante et commettent attaque sur attaque, afin d'avoir suffisamment d'argent pour payer le meilleur avocat à Mike Cassidy qui est en prison. Lorsque celui-ci est libéré, Butch et Sundance sentent qu'ils commencent à acquérir une célébrité et lorsqu'ils parviennent à dévaliser les convoyeurs d'un train, en se jouant d'une compagnie de cavalerie, ils se sentent vraiment en route pour la gloire.