Entre las décadas de los 60 y 70 apareció en San Francisco el "asesino del zodíaco", que enviaba cartas a los periódicos y a quienes investigaban el caso, en las que se jactaba de que no pudieran cogerlo y les hablaba sobre sus crímenes, hasta un total de 37. Un día dejo de escribir y quizá de matar, pero nunca pudieron cogerle. La película narra la historia de sus perseguidores, que dedicaron su vida a ello.
 | Jake Gyllenhaal | Robert Graysmith |
 | Mark Ruffalo | Inspector David Toschi |
 | Anthony Edwards | Inspector William Armstrong |
 | Robert Downey Jr. | Paul Avery |
 | Chloë Sevigny | Melanie |
 | Elias Koteas | Sargento Jack Mulanax |
 | Brian Cox | Melvin Belli |
| John Carroll Lynch | Arthur Leigh Allen |
 | Philip Baker Hall | Sherwood Morrill |
 | Dermot Mulroney | Capitán Marty Lee |
 | Donal Logue | Ken Narlow |
| John Getz | Templeton Peck |
| John Terry | Charles Theiriot |
| Charles Fleischer | Bob Vaughn |
 | Adam Goldberg | Duffy Jennings |
| Ione Skye | Kathleen Johns |
| James LeGros | Oficial George Bawart |
 | Pell James | Cecelia Shepard |
| Clea DuVall | Linda del Buono |
| June Diane Raphael | Mrs. Toschi |
| Jimmi Simpson | Mike Mageau |
| Lee Norris | Mike Mageau joven |
| Tom Verica | Jim dunbar |
| James Carraway | Shorty |
| Zach Grenier | Mel Nicolai |
| Matt Winston | John Allen |
| Paul Schulze | Sandy Panzarella |
