Filmen foregår i Los Angeles på 1920-tallet og forteller historien om Christine Collins (spilt av Angelina Jolie), en alenemor hvis ni år gamle sønn, Walter, forsvinner. Christine er desperat etter å finne sønnen sin og henvender seg til Los Angeles politiavdeling for å få hjelp.
Men politiet, ivrige etter å avslutte saken raskt, presenterer Christine for en gutt de hevder er Walter etter flere måneder. Til tross for Christines insistering på at gutten ikke er sønnen hennes, tvinger politiet henne til å akseptere ham.
Mens Christine fortsetter å kjempe for sannheten, avdekker hun et urovekkende nett av korrupsjon og overgrep i LAPD. Hun får vite at politiet har bortført barn og utgitt dem som bortkomne eller løpske ungdommer for å oppfylle kvotene deres og opprettholde en høy oppklaringsprosent. Christines nådeløse jakt på rettferdighet, som får støtte fra en sympatisk lege og en pastor, avslører avdelingens mishandling og fører til reformer.
Til slutt, gjennom innsatsen til en privatetterforsker ansatt av Christine, blir den virkelige Walter oppdaget som bor bare noen kvartaler unna Christines hjem. Det viser seg at han var blitt kidnappet av en seriemorder ved navn Gordon Northcott, som holdt ham fanget og mishandlet ham, sammen med andre barn. Walter blir reddet, og sannheten om LAPDs handlinger kommer frem.
«Cangeling» er et kraftig drama som kombinerer elementer av kriminalitet, mystikk og sosiale kommentarer.