Après s'être cassé une jambe au cours d'un reportage sur un circuit automobile, le photographe de presse L.B. « Jeff » Jeffries (Stewart) se retrouve dans un fauteuil roulant. Son état l'oblige à rester dans son appartement new yorkais de Greenwich Village, dont la fenêtre donne sur une petite cour et plusieurs autres appartements. C'est un mercredi d'été et il fait particulièrement chaud. Jeff passe son temps à observer ses voisins qui, pour s'aérer, laissent leurs propres fenêtres ouvertes. Parmi les locataires d'en face figurent un compositeur, un couple mûr et leur yorkshire, une jeune et jolie danseuse – « Miss Torso » –, qui danse seule le jour et le soir invite des hommes de tous âges chez elle, une dame qui s'adonne à la sculpture abstraite, un couple de jeunes mariés, une femme d'une quarantaine d'années qui vit seule – « Miss Cœur solitaire » (« Miss Lonelyheart ») –, ainsi qu'un autre couple : un homme d'une carrure assez imposante, et sa femme, semble-t-il malade, qui reste au lit toute la journée et avec laquelle il semble fréquemment se disputer. Jeff apprendra plus tard qu'il s'agit de Lars Thorwald (Burr), un représentant de commerce, et de son épouse Anna.

Jeff a une petite amie très séduisante et riche, Lisa Fremont (Kelly), mais il hésite à aller plus loin dans cette relation, par crainte que celle-ci ne constitue un frein à sa vie aventureuse. Cependant, tout le monde dans son entourage, à commencer par Stella (Ritter), l'infirmière qui vient lui rendre visite chaque matin, l'encourage à sceller cette union...

Après avoir vu Thorwald effectuer plusieurs va-et-vient nocturnes en transportant une valise, Jeff remarque la disparition de l'épouse de Thorwald et voit ensuite le mari nettoyer la valise, y placer des bijoux, puis envelopper une petite scie et un couteau de boucher dans du papier journal. Plus tard, Thorwald ferme une malle en l'attachant avec de la grosse corde et la fait emporter par des hommes. Jeff fait part de ces observations à Stella, puis à sa petite amie Lisa. D'abord sceptiques, elles finissent par se laisser convaincre. Jeff explique ensuite à Tom Doyle (Corey), un ami détective, qu'ils soupçonnent Thorwald d'avoir tué sa femme et fait disparaître le corps. Doyle mène une petite enquête qui ne révèle rien d'anormal.

Peu après, le chien des voisins est retrouvé mort, étranglé. Lorsque la propriétaire de l'animal le découvre et se met à crier, tous les voisins se précipitent à leur fenêtre pour voir ce qui se passe, tous à l'exception de Thorwald, qui reste assis dans son appartement toutes lumières éteintes, et dont on voit briller le bout de la cigarette. Convaincu qu'en fin de compte Thorwald s'est bel et bien débarrassé de sa femme, Jeff demande à Lisa de glisser un billet accusateur sous la porte de Thorwald de façon à pouvoir observer la réaction de celui-ci au moment où il le lira. Pour obliger Thorwald à quitter son appartement, Jeff, ensuite, lui téléphone et lui donne rendez-vous dans un café. Il pense que Thorwald a peut-être dissimulé quelque chose dans le parterre de fleurs et a tué le chien afin d'empêcher celui-ci de le déterrer. Thorwald parti, Lisa et Stella partent creuser dans le parterre de fleurs, mais elles ne trouvent rien.

Lisa escalade alors l'escalier de secours de l'immeuble d'en face et pénètre, par la fenêtre laissée ouverte, dans l'appartement de Thorwald. Quand Thorwald revient et surprend Lisa, Jeff téléphone à la police, qui arrive juste à temps. Au moment de la discussion qui s'ensuit entre Thorwald, les policiers et Lisa, celle-ci a les mains derrière le dos et montre à Jeff une alliance qu'elle a enfilée à l'un de ses doigts et qui appartient à l'épouse de Thorwald. Thorwald la voit faire, prend conscience qu'elle envoie un signal à quelqu'un et remarque, de l'autre côté de la cour, Jeff, qui observe la scène. Lisa se laisse emmener par les policiers.

Jeff, convaincu à présent que Thorwald est un meurtrier, téléphone à Doyle, tandis que Stella se rend au poste de police y verser la caution pour libérer Lisa, laissant Jeff seul dans l'appartement. Bientôt, Jeff réalise que Thorwald va venir le rejoindre. Quand Thorwald entre et s'approche de lui, Jeff l'aveugle plusieurs fois temporairement avec les ampoules flash de son appareil photo. Thorwald finit par arriver jusqu'à Jeff, le saisit et le pousse vers la fenêtre ouverte. Jeff tombe juste au moment où des officiers de police entrent dans l'appartement et où d'autres se précipitent dans la cour pour amortir sa chute. Thorwald avoue le meurtre de sa femme et il est arrêté.

Quelques jours plus tard, la vague de chaleur est retombée et Jeff se repose dans son fauteuil roulant. Il a à présent les deux jambes dans le plâtre. « Miss Lonelyheart » discute avec le compositeur, le fiancé de « Miss Torso » est de retour après avoir servi dans l'armée, le couple dont le chien a été tué en ont un autre, et le couple de jeunes mariés se chamaille. Dans la dernière scène du film, Lisa est étendue à côté de Jeff et parcourt un livre de voyages mais, aussitôt que Jeff s'est endormi, elle pose le livre et s'empresse d'ouvrir un magazine de mode.

Source: WikiPedia FR