Dans les coulisses du Moulin Rouge, un meurtre a été commis. La victime est Benoît Lafarge, professeur d’histoire de 40 ans et compagnon d’Estelle Domani, l’une des danseuses du cabaret. A ses côtés figure un tableau de Toulouse-Lautrec. Sur place, le capitaine Antoine Verlay et l’historienne d’art Florence Chassagne découvrent Estelle Domani frappée d’amnésie après avoir reçu un coup violent sur la tête par le meurtrier. Mais tout accuse la danseuse car une vidéo surveillance des coulisses la montre en train de donner un coup de sabre à son compagnon.