Mit der Tür seiner Gefängniszelle öffnet sich für Frankie Machine (Frank Sinatra) auch der Ausblick auf ein neues Leben: Einst ein Heroin-Junkie und Profi-Kartenspieler, ist er im Knast von den Drogen losgekommen und hat Schlagzeug gelernt. Fest entschlossen, die alten Zeiten hinter sich zu lassen und als Musiker zu arbeiten, kehrt er in sein Viertel zurück. Seine Frau Zosh (Eleanor Parker) sitzt seit einem von Frankie verschuldeten Autounfall im Rollstuhl. Allein aus Schuldgefühlen ist er noch mit ihr zusammen; Hilfe und moralische Unterstützung kann er von der vorwurfsvollen Zosh nicht erwarten.

Als Frankie die Chance bekommt, sich als Schlagzeuger bei einer Band vorzustellen, bittet er seinen alten Freund Sparrow (Arnold Stang), ihm einen Anzug zu leihen. Er ahnt, dass es sich bei dem Anzug um Diebesgut handelt - und wird prompt verhaftet. Sein einstiger Kumpel Schwiefka (Robert Strauss), der illegale Pokerturniere organisiert, erklärt sich bereit, die Kaution zu zahlen. Er erwartet allerdings eine Gegenleistung: Frankie muss wieder für ihn arbeiten.

Zugleich versucht dessen einstiger Dealer Louie (Darren McGavin), ihn erneut an die Nadel zu bringen. So dauert es nicht lange, bis Frankie in den alten Teufelskreis aus Sucht, Glücksspiel und Kriminalität gerät. Nach einem 24-stündigen Poker-Marathon stiehlt er bei Louie eine Dosis Heroin, um für sein Vorspielen wieder fit zu sein - und scheitert aufgrund seines desolaten Zustandes trotzdem.

Unterdessen findet Louie durch Zufall heraus, dass Zosh ihre Behinderung nur vorgetäuscht hat, um Frankie an sich zu binden. Es kommt zu einer handgreiflichen Konfrontation, in deren Verlauf Louie tödlich verunglückt. Sofort fällt der Verdacht auf Frankie, hätte er doch Grund genug, seinen Dealer zu ermorden. Frankie weiß, dass er in seinem Zustand keine Chance hat, die Polizei von seiner Unschuld zu überzeugen. Er taucht bei seiner einstigen Geliebten Molly (Kim Novak) unter und versucht mit ihrer Hilfe, durch einen kalten Entzug von der Heroinsucht loszukommen. Es werden die härtesten Tage seines Lebens.

Mit Der Mann mit dem goldenen Arm" sorgte Meisterregisseur Otto Preminger gleich in mehrfacher Hinsicht für Aufsehen. Es war der erste Film, der musikalisch mit einem reinen Jazz-Score untermalt war; einer der ersten Filme, der über einen eigens gestalteten Vorspann verfügte (und den Vorspann-Designer Saul Bass berühmt machte); und der erste Film, der Drogensucht und Entzug mit einem bis dahin ungekannten Realismus darstellte, was zunächst zu einem Konflikt mit der amerikanischen Zensurbehörde führte.

Heute gilt Frank Sinatras ( Verdammt in alle Ewigkeit") Verkörperung eines Junkies zahlreichen Fachleuten als die beste Schauspielleistung seiner Karriere. Kaum minder beeindruckend sind Eleanor Parker ( Frauengefängnis") als Frankies Ehefrau und Kim Novak ( Vertigo") als Freundin, die ihm aus der Drogensucht hilft.