Eine Kleinstadt in Kalifornien. Das Krönchen, das sie vor Jahren als Schönheitskönigin „Miss Wichita“ trug, hat sie zwar noch, aber keinen Job. Nach zwei Ehescheidungen zieht Erin Brockovich (Julia Roberts) ihre drei Kinder allein auf, aber sie findet keine Arbeit. Bei der Heimfahrt von einer misslungenen Bewerbung wird sie von einem Arzt auf einer Straßenkreuzung gerammt und muss operiert werden und einige Zeit eine Halsmanschette tragen. Nach der Bezahlung der Krankenhausrechnungen hat sie noch 70 Dollar auf ihrem Konto. Aber Ed Masry (Albert Finney), den sie aufsucht, versichert ihr, er werde den Unfallgegner schon bluten lassen. In der Gerichtsverhandlung verspielt Erin Brockovich durch ihre aufreizende Kleidung, ihre schlechten Manieren und ihre frech-vulgäre Ausdrucksweise jede Chance: Sie verliert den Prozess.

Daraufhin setzt sie Ed Masry so unter Druck, dass er sie als Aushilfsbürokraft in seiner Kanzlei einstellt. Als sie eine Immobilienangelegenheit bearbeitet, wundert sie sich über die beiliegenden Krankenakten. Sie fährt zu Betroffenen und befragt sie. Zug um Zug deckt sie einen Umweltskandal auf: PG & E, ein Energieunternehmen mit 28 Milliarden Dollar Umsatz, verseucht durch ein nicht abgedichtetes Auffangbecken seit Jahren das Grundwasser einer Kleinstadt mit giftigem Chrom 6. Krebs und Fehlgeburten sind die Folge. Mehrere hundert Menschen sind betroffen, haben aber bisher ihre Erkrankungen nicht mit der Fabrik in Verbindung gebracht, zumal das Unternehmen die Kosten für medizinische Untersuchungen bezahlt und die Ärzte von verschiedenen Erkrankungsursachen sprechen.

Während Erin Brockovichs neuer Nachbar, der Harley-Davidson-Freak George (Aaron Eckhart), auf die Kinder aufpasst, stürzt sie sich in den Fall, spricht mit Betroffenen, verschafft sich Akteneinsicht im Wasserwerk und studiert Tag und Nacht Dokumente. Sie gibt nicht eher Ruhe, bis Ed Masry eine Klage vorbereitet, obwohl es für eine mittlere Anwaltskanzlei gefährlich werden kann, gegen ein Großunternehmen vorzugehen. Gerichtliche Verfahren könnten von PG & E über zehn oder fünfzehn Jahre verschleppt werden. Inzwischen wäre Ed Masry ruiniert. Ein Kollege, den er überredet, sich an dem Fall zu beteiligen, rät dazu, die Schlichtung durch einen Richter zu versuchen. Gegen dessen Urteil gibt es allerdings keine weiteren Rechtsmittel.

Am Ende muss der Energiekonzern 333 Millionen Dollar an die Familien zahlen, die aufgrund der Wasserverseuchung krank geworden sind.