Veinte años después de su desaparición en 1908, un envejecido Butch Cassidy (Sam Shepard), que vive bajo el nombre falso de James Blackthorn en un pueblo aislado de Bolivia, decide poner fin a su largo exilio y regresar a los Estados Unidos tras enterarse de la muerte de Etta Place. Escribe a su hijo, Ryan, que es en realidad su propio hijo, diciéndole que tiene intención de volver. Tras años de criar caballos y llevar una vida solitaria, Blackthorn parte hacia Potosí para vender sus caballos. Le dice a su amante, Yana (Magaly Solier), que la volverá a ver antes de abandonar Bolivia.

En Potosí, Blackthorn retira sus ahorros del banco, vende sus caballos y regresa a su pueblo. Por el camino, sufre una emboscada en la que casi lo matan. Dispara a su atacante, pero no antes de que el caballo de Blackthorn, Cinco, salga corriendo con su dinero. El tirador es Eduardo Apodaca (Eduardo Noriega), un ingeniero de minas español que afirma que estaba disparando a sus perseguidores. Le ruega a Blackthorn que le salve y le ofrece compartir parte de los 50.000 dólares que robó a Simón Patiño, un poderoso industrial boliviano y propietario de una mina. El dinero está escondido en una mina abandonada y compensará a Blackthorn por su ayuda.

Blackthorn y el español parten a través de la meseta desértica con el pelotón de Patiño en un día de persecución. Llegan a la mina abandonada y encuentran el dinero, pero la partida los alcanza. Tras un tiroteo, Blackthorn y el español escapan con el dinero. Se dirigen a la cabaña de Blackthorn, donde el famoso forajido recuerda sus viejas amistades con Sundance Kid y Etta Place, y cómo escaparon del detective Mackinley de Pinkerton (Stephen Rea). Yana se une a los hombres en la cabaña, y Blackthorn le da un reloj de bolsillo que ganó en una partida de cartas. Al principio ella lo rechaza por ser una "máquina gringa", pero luego acepta el regalo como algo para recordarlo. A pesar de que él le pide que pase una última noche con él, ella le aconseja que debe volver con su propia familia. Esa misma noche, Yana regresa a la cabaña para pasar con Blackthorn su última noche antes de partir.

A la mañana siguiente, dos mujeres de la partida llegan a la cabaña en busca del español y, en el tiroteo que se produce, Blackthorn resulta herido y Yana muere. Blackthorn y el español, desconsolados, se marchan con el resto de la cuadrilla no muy lejos. Se ponen en marcha a través del salar de Uyuni, con la esperanza de llegar a la costa donde Blackthorn pueda encontrar un barco que le lleve a casa. A mitad de camino, la partida los alcanza, pero Blackthorn y el español se separan y consiguen matar a sus perseguidores y escapar.

Al llegar a Tupiza, Blackthorn es atendido por un médico, que notifica al antiguo detective de Pinkerton Mackinley -que ahora vive una vida tranquila en Bolivia- de su famoso paciente. Mackinley confirma la identidad del hombre. Durante años Mackinley afirmó que los dos bandidos asesinados en San Vincente no eran Butch Cassidy y Sundance Kid, y ahora finalmente se demostrará que tiene razón. Pero tras notificar inicialmente al ejército boliviano el descubrimiento del forajido, Mackinley cambia de opinión, devuelve la pistola a Blackthorn y le ayuda a escapar. Cuando Mackinley descubre más tarde que Blackthorn estaba involucrado con el español, le revela la verdad sobre éste y sus perseguidores. Al parecer, los 50.000 dólares que robó el español no eran del poderoso dueño de la mina, Patiño, sino de las familias mineras que recientemente han tomado el control de las minas. El español robó el dinero del "pueblo", algo que Butch Cassidy nunca habría hecho. Aunque está disgustado con la participación de Blackthorn, Mackinley no lo traiciona.

En los flashbacks de aquellos días en los que él y Sundance Kid cabalgaban juntos, recuerda cómo su compañero, herido y al borde de la muerte, le pide a Butch que "lo haga", y así Butch, con pesar y cariño, acaba con la vida de su mejor amigo.

En el presente, Blackthorn, angustiado, sigue el rastro del español hacia los Andes, con el ejército boliviano no muy lejos. Cuando Blackthorn lo alcanza y lo confronta con la verdad, el español no lo niega, diciendo que el dinero que robó era efectivamente de los dueños de la mina, sólo que "diferentes dueños". Blackthorn dispara al español en la pierna, y lo deja a él y al dinero para el ejército boliviano, que pronto llega y mata al ladrón. Los soldados continúan con Mackinley hasta que llegan a una región notoriamente árida, momento en el que el comandante del ejército deja al detective solo y sin caballo, como castigo por ayudar a Blackthorn a escapar.

En la escena final, Blackthorn, recordando su vida y sus amigos en tiempos mejores, es visto por última vez mirando hacia atrás por encima del hombro y presumiblemente escapando a través de las montañas.