Valentine is een studente die haar brood verdient als mannequin. Ze ontmoet een mysterieuze rechter die zijn buren begluurt en afluistert. Langzaam groeien beide personen naar elkaar toe.

De oudste brug van Parijs, de Pont Neuf, vormt het décor voor de ontmoeting tussen twee jonge zwervers: Alex, een mislukt circusartiest met een drankprobleem en Michèle, een schilderes die door een mislukte relatie op straat wordt gedreven en door een ziekte langzaam blind wordt.

Het beeld van een mysterieuze, eenzame filmmaker – een cineast maudit – die zowel de media als het publiek ontvlucht, is onverbiddelijk verbonden met de figuur van Leos Carax, in Frankrijk. Elders ligt de echte focus op zijn films en wordt hij beschouwd als een icoon van de wereldcinema. Mr.X duikt in de poëtische en visionaire wereld van een kunstenaar die vanaf zijn allereerste film al een cultfiguur was. Doorspekt met interviews en ongezien beeldmateriaal is deze documentaire vooral een verfijnde verkenning van de poëtische en visionaire wereld van Leos Carax, alias 'Mr.X'.