Fils de magistrat, Hank Palmer, grand avocat, revient dans la petite ville de son enfance, où son père, qu'il n'a pas revu depuis longtemps, est soupçonné de meurtre. Il décide alors de mener l'enquête pour découvrir la vérité et, chemin faisant, renoue avec sa famille avec laquelle il avait pris ses distances …

Inside Llewyn Davis raconte une semaine de la vie d'un jeune chanteur de folk dans l'univers musical de Greenwich Village en 1961. Llewyn Davis est à la croisée des chemins. Alors qu'un hiver rigoureux sévit sur New York, le jeune homme, sa guitare à la main, lutte pour gagner sa vie comme musicien et affronte des obstacles qui semblent insurmontables, à commencer par ceux qu'il se crée lui-même....