Tendo como pano de fundo o caos e a guerra civil que dominou Serra Leoa na década de 1990, Diamante de Sangue conta a história de Danny Archer (Leonardo DiCaprio), um ex-mercenário do Zimbábue, e Solomon Vandy (Djimon Hounsou), um pescador da etnia Mende. Ambos são africanos, mas suas histórias e circunstâncias de vida são totalmente diferentes até que o destino os reúne numa busca para recuperar um raro diamante rosa, o tipo de pedra que pode transformar uma vida... ou acabar com ela.

Solomon, que foi arrancado de sua família e forçado a trabalhar nos campos de diamante, encontra a pedra extraordinária e se arrisca a escondê-la ciente de que, se for descoberto, será morto imediatamente. Mas ele também sabe que o diamante poderia não apenas fornecer os meios para salvar a esposa e as filhas de uma vida de refugiadas, como também ajudar a resgatar seu filho, Dia, de um destino muito pior como soldado infantil.

Archer, que vivia da troca de diamantes por armas, fica sabendo da pedra de Solomon enquanto está na prisão por contrabando. Ele sabe que um diamante como esse só se encontra uma vez na vida - e vale o bastante para ser seu bilhete de saída da África e do ciclo de violência e corrupção no qual ele era um jogador dedicado.

Então surge Maddy Bowen (Jennifer Connelly), uma jornalista americana idealista que está em Serra Leoa para desvendar a verdade por trás dos diamantes de sangue, expondo a cumplicidade dos chefes da indústria das pedras, que optaram pelo lucro no lugar dos príncipios. Maddy vai atrás de Archer como fonte para seu artigo, porém logo descobre que é ele quem precisa muito mais dela.

Com a ajuda de Maddy, Archer e Solomon se embrenham por uma perigosa trilha dentro do território rebelde. Archer precisa de Solomon para encontrar e recupera o valioso diamante rosa, porém Solomon anseia por algo muito mais precioso... seu filho.